materi olimpiade astronomi, yang singkat, padat dan berbobot.

1. BINTANG & GALAKSIBINTANG & GALAKSI
• Pembangkitan Energi
• Klasifikasi Bintang: Kelas spektrum & luminositas
• Bintang Ganda
• Asal – Usul dan Tipe Galaksi
Kompetensi Dasar:
Memahami konsep bintang & galaksi
Judhistira Aria Utama, M.Si.
Lab. Bumi & Antariksa
Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

2. 2
Pembangkitan EnergiPembangkitan Energi
Bintang-bintang terbentuk dari keruntuhan
material di bawah pengaruh gravitasi.
 Berapa lama energi potensial gravitasi mam-
pu mensuplai energi yang membuat bintang
tetap bersinar (gravitational lifetime)?
Energi potensial gravitasi bola homogen
bermassa M dengan radius R dan kerapatan
ρ:
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
2
3 GM
U
5 R
 
= − ÷
 

3. 3
Kala hidup = Energi yang disimpan : Laju energi
yang dipancarkan
g
2
g 2 4
ef
E
t
dE dt
3 GM
5 R
t
4 R T
=
 
 ÷
 =
π σ
Kala hidup yang diperoleh disebut sebagai
Kelvin time.
Bagaimana dengan usia temuan fosil/batuan?
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

4. 4
Sumber energi alternatif  reaksi kimia.
Energi total = Energi dari total atom di
dalam bintang
 Apa unsur yang paling banyak di bintang–
bintang?
Dengan menganggap setiap atom menyum-
bang 1 eV energi, maka:
2 4
ef
E
Kala hidup
dE dt
partikel Energi tiap atom
4 R T
=
∑ ×
=
π σ
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

5. 5
Solusi bagi sumber energi di bintang-bintang 
reaksi nuklir.
Ragam reaksi nuklir:
* Reaksi peluruhan  Pemancaran partikel (α, β,
dan γ)
* Reaksi fisi  Pembentukan unsur-unsur ringan
dari unsur berat
* Reaksi fusi  Pembentukan unsur berat dari
unsur-unsur ringan
Reaksi fusi:
 unsur-unsur ringan tersedia melimpah
 sulit dimulai
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

6. 6
Untuk bintang-bintang yang masih berada di
deret utama (main sequence), sumber utama
energinya  konversi 1
H1 menjadi 4
He2.
Jenis reaksi fusi nuklir untuk bintang-bintang
seperti Matahari adalah reaksi proton – proton.
( )
( )
1 1 2
2 1 3
3 3 4 1 1
H H H e 2x
H H He 2x
He He He H H
+
+ → + + ν
+ → + γ
+ → + +
Reaksi netto mengubah 4 1
H1 menjadi 1 4
He2.
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

7. 7
Defek massa:
( ) ( ) ( )4 massa proton 1 massa helium 0,007 massa proton− =
Hanya 0,7% dari massa masing-masing proton
yang dikonversi menjadi energi
Energi yang dibangkitkan:
2
E mc=
Kala hidup bintang:
nuklir
nuklir
E
t
dE dt
=
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

8. 8
Latihan
Jika hanya 10% dari massa Matahari (1,99x1030
kg) yang berada di pusat
bintang yang memiliki temperatur tinggi bagi berlangsungnya reaksi
nuklir, taksirlah kala hidup Matahari yang diperoleh dari reaksi nuklir
tersebut!
Petunjuk:
dE/dt = Luminositas = 4πR2
σTef
4
,
Radius Matahari = 696.000 km
Temperatur efektif Matahari = 5800 K
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

9. 9
Klasifikasi BintangKlasifikasi Bintang
Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya 
Bagaimana pembentukan spektrum bintang?
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

10. 10
Hukum Kirchoff tentang PembentukanHukum Kirchoff tentang Pembentukan
Spektrum BintangSpektrum Bintang
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

11. 11
Klasifikasi Spektrum BintangKlasifikasi Spektrum Bintang
A. J. Cannon
(1863 – 1941)
Oh, Be, A, Fine, Girl, Kiss, Me
Oh, Be, A, Fine, Guy, Kiss, Me
 Klasifikasi spektrum bintang yang sekarang
digunakan merupakan karya Miss Cannon
yang merupakan perbaikan dari klasifikasi
Miss Maury.
 Klasifikasi Miss Annie J. Cannon:
O B A F G K M
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

12. 12
Subkelas
Klasifikasi spektrum bintang O, B, A, F, G, K, M masih
dapat dibagi lagi ke dalam sub-subkelas, yaitu:
O0, O1, O2, O3, ………, O9
B0, B1, B2, B3, . . . . . . . . ., B9
A0, A1, A2, A3, ...………, A9
F0, F1, F2, F3, ………….., F9
dst
M0, M1, M2, M3, ………..., M9
Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya
 Perbedaan komposisi kimia 
Perbedaan temperatur permukaan 
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

13. 13
Klasifikasi Luminositas BintangKlasifikasi Luminositas Bintang
Bintang dalam kelas spektrum tertentu ternyata
dapat mempunyai luminositas yang berbeda.
Pada tahun 1913, Adam dan Kohlscutter di
Observatorium Mount Wilson menunjukkan
ketebalan beberapa garis spektrum dapat
digunakan untuk menentukan luminositas
bintang.
Berdasarkan hal ini, pada tahun 1943 Morgan
dan Keenan dari Observatorium Yerkes membagi
bintang dalam kelas luminositas yaitu:
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

14. 14
Kelas IaKelas Ia Maharaksasa yang sangat terangMaharaksasa yang sangat terang
Kelas IbKelas Ib Maharaksasa yang kurang terangMaharaksasa yang kurang terang
Kelas IIKelas II Raksasa yang terangRaksasa yang terang
Kelas IIIKelas III RaksasaRaksasa
Kelas IVKelas IV SubraksasaSubraksasa
Kelas VKelas V Deret utamaDeret utama
Kelas luminositas bintang dari Morgan-Keenan (MK)
digambarkan dalam diagram Hertzprung-Russell (diagram
HR).
Kelas Luminositas Bintang (Kelas MK)Kelas Luminositas Bintang (Kelas MK)
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

15. Simulator Ragam SpektrumSimulator Ragam Spektrum
15Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

16. Simulator Diagram HRSimulator Diagram HR
16Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

17. Bagaimana Menghitung Luminositas?Bagaimana Menghitung Luminositas?
Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010 17

18. 18
G2 V : Bintang deret utama kelas spektrum G2
Klasifikasi spektrum bintang sekarang ini merupakan
penggabungan dari kelas spektrum dan kelas luminositas.
G2 Ia : Bintang maharaksasa yang sangat terang kelas
spektrum G2
B5 III : Bintang raksasa kelas spektrum B5
B5 IV : Bintang subraksasa kelas spektrum B5
Contoh:
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

19. 19
O5 V
B0 V
B5 V
A1 V
A5 V
F0 V
F5 V
G0 V
G4 V
K0 V
K5 V
M0 V
M5 V
HαHβHγ
HδHε
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

20. 20
Bintang GandaBintang Ganda
Bintang ganda (binary stars) adalah dua buah
bintang yang terikat satu sama lain di bawah
pengaruh interaksi gravitasi bersama.
 Apabila sistem bintang ini lebih dari dua,
maka disebut sebagai bintang majemuk
(multiple stars).
Bintang
primer
Bintang
sekunder
Periastron Apastron
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

21. 21
Dalam gerak orbitnya, kedua komponen bintang
ganda bergerak mengitari pusat massa sistem
dalam lintasan yang berupa elips dengan titik
pusat massa berada di titik fokus elips orbit
tersebut.
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

22. 22
i
Ωω
periastron
garis
node
utara
pengamat
bidang langit
atitik fokus
bidang orbit
Komponen orbitKomponen orbit
bintang gandabintang ganda
Garis node: garis potong
antara bidang orbit
dengan bidang langit
yang melewati titik fokus
elips.
ω = bujur periastron (sudut di bidang orbit dari garis node ke
periastron
Ω = kedudukan garis node (sudut di bidang langit dari utara ke garis
node)
a = setengah sumbu panjang
i = inklinasi bidang orbit terhadap bidang langit
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

23. 23
Jenis bintang ganda:
* Bintang ganda visual
* Bintang ganda astrometri
* Bintang ganda spektroskopi
* Bintang ganda gerhana
T = saat bintang melewati periastron
e = eksentrisitas
P = periode orbit atau kalaedar
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

24. 24
Bintang ganda
visual
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Kedua komponen
bintang ganda dapat
teramati dengan
mudah dengan
bantuan teleskop.
Jarak pisah
antarkomponen relatif
besar  periode orbit
puluhan hingga
ratusan tahun.

25. 25
Bintang ganda
gerhana
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Terjadi
penggerhanaan
antarkomponen
secara periodik
yang diketahui
dari perubahan
kecerahan/terang
bintang secara
berkala.

26. 26
Bintang ganda
astrometri
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Salah satu komponen bintang
ganda tidak dapat diamati karena
jauh lebih redup daripada pa-
sangannya. Bagaimana mengeta-
hui kalau objek ini merupakan
sistem bintang ganda?

27. 27
Penentuan Massa komponenPenentuan Massa komponen
Tinjau dua buah bintang yang membentuk
sistem bintang ganda dalam orbit lingkaran
dengan jarak masing-masing komponen ke pusat
massa adalah r1 dan r2. Jarak pusat ke pusat
kedua komponen adalah:
1 2
2
1
1
r r r
r
r 1
r
= +
 
= + ÷
 
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

28. 28
Dari Teorema Pusat Massa dan Hukum
Kekekalan Momentum, didapat:
1 1 2 2
1 1 2 2
1 2 2
2 1 1
mr m r
m v m v
m r v
m r v
=
=
= =
Dari Hukum III Kepler:
( )3
1 2
2 2
G m mr
P 4
+
=
π
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

29. 29
Selain dengan menggunakan Hukum III
Kepler, massa total sistem bintang ganda dapat
dihitung pula dengan formula berikut ini:
dengan v1 dan v2 masing-masing menyatakan kecepatan
radial komponen 1 dan 2 serta i sudut inklinasi antara
bidang orbit dengan bidang langit (bidang yang tegalu
lurus terhadap garis pandang pengamat).
( ) ( )
3 3
1 2 1 2
P
v v m m sin i
2 G
 
+ = + ÷π 
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

30. 30
Latihan
1. Sebuah sistem bintang ganda diketahui memiliki
periode orbit 10 tahun dengan orbit yang edge-on.
Kecepatan radial kedua komponen masing-masing adalah
10 km/s dan 20 km/s. Tentukan massa masing-masing
komponen!
2. Sebuah pulsar sinar-X baru dengan periode 42 menit
telah ditemukan oleh ilmuwan dari MIT. Bintang netron
bergerak dalam orbit lingkaran terhadap pusat massa
bersama dengan kecepatan 11 km/s, sementara
pasangaannya yang tak terlihat memiliki kecepatan orbit
770 km/s. Carilah massa masing-masing bintang
tersebut!
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

31. 31
Latihan
Kurva kecepatan sebuah bintang ganda spektroskopi bergaris
ganda dengan sudut inklinasi 900
ditunjukkan di bawah ini.
Tentukan periode orbit, kecepatan orbit bintang 1 dan 2,
nisbah massa (mass ratio) kedua bintang, dan massa kedua
bintang (dalam M)!
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

32. 32
ASAL – USUL &TIPE GALAKSIASAL – USUL &TIPE GALAKSI
Galaksi adalah kumpulan bintang dan materi
antarbintang yang terisolasi di bawah pengaruh
gravitasi.
Di dalam galaksi
terdapat 107
- 1012
buah bintang. Di
Bima Sakti (Milky
Way) terdapat
tidak kurang dari
2x1011
buah
bintang.
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

33. 33
gerak teratur objek-
objek piringan
bintang-bintang
muda
debu dan gas
debu dan gas
jatuh ke bidang
gerak tak beraturan objek-
objek halo
“Adakah
mekanisme yang
mengantarkan
galaksi untuk
sampai pada
bentuknya yang
sekarang?”
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

34. 34
Klasifikasi GalaksiKlasifikasi Galaksi
 Galaksi diklasifikasikan menurut morfologinya.
 Klasifikasi yang tegas sulit dilakukan  citra yang berbeda-
beda.
 Klasifikasi yang biasa digunakan adalah skema klasifikasi “garpu
tala” Hubble-Sandage:
© Chaisson & McMillan
Astronomy Today
Rasio Bulge/disk
Keterbukaan lengan
Jumlah debu dan gas
Tipe awal Tipe akhir
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

35. 35
Bima Sakti adalah galaksi spiral (tipe Sbc?).
Memiliki ketiga komponen
galaksi: piringan (disk), tonjolan
(bulge), dan struktur bola (halo)
yang melingkupi disk dan bulge.
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

36. 36
Piringan Galaksi Halo Galaksi Bulge Galaksi
Relatif datar (highly flatte-
ned)
Relatif sferis dengan sedikit
saja pendataran
Berbentuk lonjong
Dihuni oleh bintang-
bintang muda dan tua
Dihuni oleh bintang-
bintang tua
Dihuni oleh bintang-
bintang muda dan tua
(lebih banyak bintang tua di
jarak yang lebih besar dari
pusat galaksi)
Mengandung gas dan debu
Tidak mengandung gas dan
debu
Mengandung gas dan debu,
terutama di daerah sebelah
dalam
Daerah pembentukan bin-
tang
Tidak terjadi proses pem-
bentukan bintang
Daerah sebelah dalam
menjadi tempat pemben-
tukan bintang
Gas dan bintang-bintang
bergerak dalam orbit me-
lingkar di bidang galaksi
Bintang-bintang di
dalamnya bergerak dalam
orbit yang acak
Bintang-bintang di dalam-
nya bergerak dalam orbit
yang acak
Terdapat lengan spiral
Terdapat gugus bola dan
arus pasang (tidal stream)
Terdapat cincin gas dan
debu di dekat pusat
Berwarna putih dengan
lengan spiral yang biru
Berwarna kemerahan Berwarna kuning-putih
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013