Materi Antar Bintang

Ketika sedang mengamati indahnya langit malam, pernahkah Anda bertanya-tanya tentang kekosongan pada ruang antar bintang. Apakah sama sekali tidak ada apa-apa di sana? Benarkah di alam semesta seluas ini, dengan jarak antar bintang yang berkisar ribuan atau bahkan) jutaan tahun cahaya, hanya diisi ruang kosong? Kalau Anda pernah menanyakan hal tersebut, tahukah Anda apa jawabannya?Sebenarnya, ruang antar bintang itu tidak kosong. Materi antar bintang (interstellar matter) adalah sebutan untuk pengisi kekosongan itu. Lalu, seberapa penting keberadaan materi antar bintang (MAB)? Sebenarnya penting sekali, karena sifat materi penyusunnya mempengaruhi apa yang kita pelajari dalam astronomi. Dengan mempelajari MAB, kita jadi tahu bagaimana MAB meredupkan, memerahkan, atau bahkan menghalangi cahaya bintang. Selain itu juga MAB memberikan petunjuk mengenai komposisi materi pembentukan bintang, karena bintang lahir dari MAB ini. Artikel kali ini hanya akan membahas pengaruh MAB terhadap cahaya bintang.

Secara umum terdapat dua jenis penyusun materi antar bintang, yang pertama adalah debu antar bintang dan yang kedua adalah gas. Masing-masing jenis materi ini memberikan pengaruh yang berbeda ketika diamati. Berikut ini akan saya bahas masing-masing dalam dua poin besar.
A. Debu Antar Bintang
Materi ini jauh lebih kecil kelimpahannya dibandingkan dengan gas antar bintang, namun pengaruhnya terhadap berkas cahaya visual lebih besar. Hal ini disebabkan ukuran partikelnya yang besar (dalam orde 1/1000 mm), bandingkan dengan panjang gelombang cahaya tampak (1/20000 mm), sehingga materi ini cenderung untuk menyerap dan menghamburkan berkas cahaya. Debu antar bintang ini tersusun dari partikel-partikel es, karbon, atau silikat. Karakteristik debu ini menghasilkan bermacam efek terhadap cahaya bintang, yang akan dijelaskan sebagai berikut.
i. Nebula Gelap
Ada daerah tertentu di ruang antar bintang yang memiliki kepadatan debu yang sangat tinggi, sehingga cukup untuk menjadi awan (nebula) yang kedap cahaya. Walaupun kepadatan partikelnya masih jauh lebih rendah dari pada di Bumi, namun besarnya awan ini mengakibatkan terhalangnya cahaya bintang. Celah gelap memanjang di daerah Cygnus dan Horsehead Nebulae (Kepala Kuda) di Orion adalah contoh nebula gelap, yang menghalangi datangnya berkas cahaya bintang ke arah pengamat.

Horsehead Nebula (Sumber: APOD)

ii. Efek Redupan
Sekumpulan kecil debu selain di nebula gelap dapat juga memberikan efek meredupnya cahaya bintang sekitar 1 magnitudo setiap 1 kiloparsek yang ditempuh cahaya tersebut. Hal ini memunculkan permasalahan ketika akan ditentukan jarak sebuah bintang. Karena dalam menentukan jarak, diperlukan perbandingan antara magnitudo semu dan mutlak. Harga magnitudo semu yang didapat akan mengalami kesalahan akibat dari efek redupan tersebut, sehingga menyebabkan kesalahan pada nilai jarak bintang. Untuk mengatasinya, perlu diketahui terlebih dahulu seberapa besar efek redupan yang dialami cahaya bintang tersebut.
iii. Efek Pemerahan
Penghamburan berkas cahaya tidak sama di semua panjang gelombang. Karena ukuran partikel debu yang kecil, maka hanya gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang yang pendek yang lebih terkena efek penghamburan ini. Artinya, hanya cahaya ungu dan biru yang paling terkena efeknya. Sementara merah dan jingga tidak mengalami halangan yang berarti ketika melintasi debu antar bintang. Akibat dari kekurangan cahaya ungu dan biru ini, cahaya yang sampai di Bumi akan tampak merah. Hal inilah yang disebut sebagai efek pemerahan.
iv. Nebula Pantulan

Trifid Nebula/M20 (Sumber: APOD)

Hamburan oleh debu antar bintang, terutama cahaya biru, terkadang menerangi daerah di sekitarnya. Akibatnya, awan debu antar bintang ini akan tampak biru karena cahaya bintang di belakangnya melintasi awan debu ini. Contoh dari nebula pantulan ini adalah gugus bintang Pleiades di Taurus serta Trifid Nebulae di Sagittarius.
B. Gas Antar Bintang
Materi utama penyusun gas antar bintang ini adalah Hidrogen dengan sedikit Helium. Kepadatan gas dalam suatu ruang antar bintang biasanya mencapai 1 atom/cm3 , sementara di beberapa tempat, kepadatan partikel gas antar bintang dapat mencapai 105 atom/cm3 . Namun kerapatan ini masih jauh lebih rendah daripada kepadatan gas di Bumi, 1019 atom/cm3. Nebula gas ini dibagi dua, daerah H I dan H II.
i. Daerah H II, Nebula Emisi
Jika bintang muda dan panas (golongan B dan O) terletak dekat dengan nebula gas, maka pancaran ultraviolet dari bintang tersebut akan mengionisasi gas hidrogen yang terkandung di dalam nebula itu. Ketika inti atom hidrogen menangkap elektron yang lain, pada saat yang bersamaan dipancarkan pula radiasi elektromagnetik, dalam panjang gelombang cahaya tampak. Akibatnya, cahaya uv dari bintang diubah menjadi cahaya tampak oleh nebula gas ini. Jika dilihat spektrumnya, nebula ini memberikan garis emisi. Contoh nebula jenis ini adalah Nebula Orion di daerah pedang Orion, Nebula Lagoon dan Nebula Trifid di Sagittarius.

Great Orion Nebula (Sumber: APOD)

Ada dua macam lagi nebula emisi yang berbeda dengan yang disebut di atas. Kedua macam nebula ini dibentuk dalam evolusi bintang. Yang pertama adalah planetary nebula, yaitu ketika sebuah bintang berada dalam evolusi tahap akhirnya, melontarkan selubung gas yang didorong dari bintang akibat tekanan dalamnya. Selama proses ini, gelombang uv dari bintang meradiasi selubung tersebut, sehingga terjadi peristiwa yang sama seperti penjelasan sebelumnya. Akibatnya terlihat sebuah bintang di tengah-tengah awan gas. Contoh planetary nebula jenis ini adalah Nebula Cincin di Lyra.

Planetary Nebula (Sumber: APOD)

Yang kedua adalah sisa ledakan supernova. Gas yang tersisa setelah ledakan bintang (supernova) menerima pancaran energi dari pusat nebula. Contohnya, Cygnus Loop.

Cygnus Loop (Sumber: APOD)

ii. Daerah H I, Awan Hidrogen Netral
Di daerah awan gas ini, tidak ada sumber gelombang uv yang dapat mengionisasi hidrogennya. Awan ini gelap, dingin dan transparan. Pengamatan objek ini bergantung pada sifat yang dimiliki oleh inti atom hidrogennya.
Diketahui bahwa pada elektron dan inti pada sebuah atom memiliki momentum spin. Keduanya dapat memiliki spin yang searah atau berlawanan. Dalam keadaan spin searah, atom memiliki tingkat energi yang lebih tinggi daripada spin berlawanan. Jika sebuah atom berada dalam keadaan spin searah, maka setelah 106 tahun atom tersebut akan berubah ke tingkat energi yang lebih rendah ( spin berlawanan ). Proses ini, disebut ’’electron spin flop’’, akan menghasilkan pancaran energi kuantum dengan panjang gelombang setara dengan gelombang radio, 21 cm. Maka, pengamatan yang telah dilakukan pun lebih banyak dilakukan oleh astronom radio.
iii. Molekul antar bintang
Pengamatan radio telah menghasilkan penemuan sejumlah senyawa dalam sebuah awan gas. Hal ini dapat diketahui dari sifat energi elektromagnetik yang dipancarkan maupun diserap oleh awan gas tersebut. Diantara yang diketahui adalah molekul-molekul organik, molekul yang menjadi dasar kehidupan.. Beberapa diantarnya adalah hidroksil radikal, amonia, air, metil alkohol, metil sianida, formaldehid, hidrogen sianida, dan karbon monoksida. Kelimpahan molekul-molekul ini jauh lebih kecil dari hidrogen.