Bab III
CATACLYSMIC VARIABLE
Bintang variable kataklismik atau cataclysmic variable (CV) adalah suatu sistem bintang ganda yang terdiri dari komponen primer bintang katai putih dan pasangannya adalah sebuah bintang deret utama. Kedua komponen dalam sistem CV hanya berjarak beberapa radius matahari. Bintang sekunder pada sistem CV merupakan bintang yang telah berevolusi memenuhi roche lobe-nya dan memberikan transfer massa ke bintang primer. Ada beberapa jenis sistem CV dan masing-masing memiliki keunikan tersendiri. Dwarf novae, recurrent novae dan classical novae merupakan tipe sistem CV yang mengalami perubahan kecerlangan akibat outburst. Outburst ini berasal dari aliran massa yang tidak stabil pada piringan dan menyebabkan reaksi termonuklir di permukaan bintang katai putih. Beberapa sistem lain dikategorikan sebagai polar CV karena bintang katai putihnya memiliki medan magnet yang kuat.
Gambar III.1: Ilustrasi sebuah sistem cataclysmic variable. Terjadi transfer massa dari bintang sekunder yang telah memenuhi roche lobe ke bintang primer (STScI)
Materi yang ditransfer membawa momentum sudut dan bergerak secara spiral menuju bintang katai, membentuk sebuah cincin di sekeliling bintang katai putih. Karena ada banyak materi yang saling bergesekan maka terjadi transfer momentum sudut dari bagian dalam cincin ke arah luar, cincin akan 7
menyebar dan membentuk piringan yang dikenal sebagai accretion disk. Proses pembentukan piringan akresi diilustrasikan pada gambar III.2 oleh Verbunt (1982). Selama bergerak spiral materi melepaskan energi gravitasional yang dapat memanaskan piringan hingga 3000 − 100, 000 K.
Gambar III.2: Ilustrasi pembentukan accretion disk pada sistem CV (Verbunt 1982)
III.1
Subkelas CV
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, CV adalah sistem periode pendek yang terdiri dari bintang katai putih dan bintang deret utama massa rendah. Semua sistem yang memiliki karakteristik seperti ini akan dimasukkan 8
ke dalam golongan CV walaupun masing-masing sistem memiliki mekanisme yang berbeda-beda. Ada dua kelompok besar pada CV yaitu tipe CV nonmagnetik dan tipe CV magnetik. Tiap kelompok dapat dibagi lagi ke dalam beberapa sub-tipe, yaitu dwarf novae, classical novae, recurrent novae untuk tipe CV non-magnetik. CV polar dan bintang AM CVn digolongkan sebagai CV magnetik karena bintang katai putihnya memiliki medan magnet.
- Classical Novae Nova atau dalam kasus ini disebut sebagai classical novae (CN) adalah sistem CV yang mengalami outburst hanya satu kali dengan intensitas yang sangat besar. Pada CN, lapisan bawah accretion disk yang memiliki kelimpahan hidrogen tinggi mengalami pemanasan oleh permukaan bintang katai putih yang temperaturnya tinggi. Terjadi reaksi nuklir pembakaran hidrogen di permukaan katai putih, menyebabkan ledakan termonuklir yang sangat hebat yang melontarkan seluruh selubung accretion disk yang menutupi katai putih. Outburst dari sistem CN dapat diamati selama beberapa hari hingga beberapa ratus hari dengan kenaikan kecerlangan mencapai 10 hingga 15 magnitudo. Dalam CN terdapat kelas kecil berisi recurrent novae (RN), yaitu sistem CV yang mengalami outburst lebih dari satu kali. - Dwarf Novae Dwarf nova (DN) adalah sistem CV yang mengalami outburst lebih sering dengan intensitas lebih kecil dibandingkan CN dan rentang antar outburst sekitar beberapa minggu hingga beberapa tahun. Perubahan magnitudo mencapai 4–5 magnitudo (perubahan faktor kecerlangan 40–100) saat outburst. Ada tiga sub-kelas DN yaitu U Geminorum, Z Camelopardalis dan SU Ursae Majoris, masing-masing dibedakan berdasarkan kriteria bentuk dan durasi outburst-nya. U Gem adalah tipikal sistem DN. Z Cam memiliki periode ’standstill’ di antara outburst normalnya, dimana kecerlangan bintang tidak berubah sebesar 2/3 kecerlangan maksimum. Lama waktu ’standstill’ bisa mencapai bebe9
rapa bulan. SU UMa memperlihatkan fenomena ’superoutburst’ yang kadang-kadang terjadi di antara outburst-nya. - Magnetic CV Sistem ini memiliki bintang katai putih dengan medan magnet kuat (polar). Pada sistem polar seperti bintang sejenis AM Herculis medan magnetnya cukup kuat untuk membuat bintang katai putih berputar (spin) dalam waktu periode orbit (synchronous rotation). Pada CV magnetik tidak ditemukan adanya accretion disk karena magnetosfer di sekeliling bintang katai putih membuat materi terionisasi pada accretion disk akan terbawa oleh garis medan magnet ke arah kutub magnetik katai putih. Ada sistem CV yang memiliki maden magnet yang lebih lemah dengan magnetosfer lebih kecil sehingga piringan masih bisa terbentuk di sekeliling bintang katai putih. Medan magnet lebih lemah juga membuat sistem tidak mengalami synchronous rotation dan akibatnya spin bintang katai putih menjadi lebih cepat, disebabkan oleh materi dengan momentum sudut tinggi dari sekunder. Sistem-sistem seperti ini dikategorikan sebagai intermediate polars (IP). Bintang DQ Herculis adalah sistem IP yang pertama kali ditemukan dengan periode spin katai putih 71 detik. - Bintang AM CVn Bintang sejenis AM Canum Venaticorum juga dikelompokkan sebagai salah satu subkelas CV karena periode orbitnya yang pendek, antara 10 sampai 65 menit, dan spektrumnya tidak menunjukkan adanya garis hidrogen. Sistem ini adalah CV yang kaya unsur helium.
III.2
Pembentukan CV
Pembentukan bintang katai putih menurut teori evolusi bintang tunggal berasal dari bintang raksasa yang selubungnya terlontar dengan menyisakan inti helium. Jika mengacu pada teori tersebut maka penyusunan teori pembentukan CV akan mengalami berbagai masalah karena CV adalah sistem pe10
riode pendek yang separasinya jauh lebih kecil daripada radius bintang raksasa merah. Solusi terbaik untuk menjelaskan hal ini yaitu asumsi bahwa CV terbentuk dari sistem dua buah bintang deret utama berbeda massa dengan periode beberapa tahun. Bintang yang massanya lebih besar akan berevolusi terlebih dahulu menjadi bintang raksasa merah, memenuhi Roche lobe-nya dan melakukan transfer massa ke bintang pasangannya. Saat terjadi transfer massa dari bintang massa besar ke bintang bermassa kecil orbit akan memendek dan semakin meningkatkan laju transfer massa, suatu proses transfer massa yang tidak stabil. Karena separasi antar bintang memendek dengan cepat maka bintang sekunder akan masuk ke dalam selubung bintang primer. Kini bintang sekunder bergerak dalam materi dalam selubung bintang raksasa dan menimbulkan gaya gesek. Hal ini mengakibatkan terjadinya transfer momentum sudut ke selubung bintang primer dan membuat selubung terlepas. Inilah fase common envelope (CE) yang sangat kompleks bahkan hingga kini prosesnya belum dapat dimengerti sepenuhnya. Fase CE membuat bintang sekunder bergerak makin dekat ke pusat bintang primer hingga selubung seluruhnya terlepas. Hasil akhir dari CE berupa pasangan bintang katai putih dan katai merah dengan periode orbit beberapa hari yang sering disebut sebagai post-common-envelope-binary atau ’pre-CV’. Sistem-sistem seperti inilah yang akan ditinjau dalam pengerjaan tesis ini. Skema pembentukan serta tahapan-tahapan yang terjadi sejak bintang progenitor CV mulai berevolusi dapat dilihat pada gambar III.3.
11
Gambar III.3: Skema pembentukan ZACV dimulai dari bintang primer yang memenuhi roche lobe diikuti dengan proses transfer massa ke bintang sekunder. Karena separasi semakin pendek bintang sekunder masuk ke dalam selubung bintang primer membentuk CE. Selubung primer terlepas dan menyisakan inti bintang primer yang berpasangan dengan bintang bermassa rendah (Ginanjar 2006)
Selanjutnya, jika bintang sekunder telah memenuhi Roche lobe, akan terjadi transfer massa dengan arah berkebalikan yaitu ke bintang primer katai putih. Materi yang masuk akan bergerak spiral menuju bintang katai putih. Karena radius bintang katai putih sangat kecil materi yang jatuh tidak jatuh ke bintang melainkan menabrak dirinya sendiri dan membentuk lingkaran di sekeliling bintang katai putih. Masing-masing partikel materi dalam lingkaran akan saling bergesekan dan terjadi transfer momentum sudut ke arah luar, lingkaran mulai tersebar membentuk piringan akresi. Sistem yang telah melakukan transfer massa dan membentuk accretion disk disebut sebagai sistem CV.
12
