Katai Putih

Akhir sebuah bintang tergantung pada massa yang dimilikinya sejak bintang itu lahir. Bintang yang memiliki massa besar mungkin mengakhiri hidup mereka sebagai lubang hitam atau bintang neutron. Sebuah bintang dengan massa rendah atau menengah (dengan massa kurang dari sekitar 8 kali massa matahari kita) akan menjadi katai putih. Sebuah katai putih memiliki massa semassif Matahari, namun ukurannya hanya sedikit lebih besar dari Bumi. Hal ini membuat katai putih menjadi salah satu bentuk materi terpadat, hanya dilampaui oleh bintang-bintang neutron dan lubang hitam.

Bintang bermassa menengah, seperti matahari kita, hidup dengan menggabungkan inti hidrogen menjadi helium. Inilah yang dilakukan matahari kita sekarang. Panas Matahari yang dihasilkan dari fusi inti hidrogen menjadi helium menciptakan tekanan keluar. Diperkirakan 5 miliar tahun mendatang, Matahari akan menggunakan semua hidrogen yang ada pada intinya.

Katai putih sekitar seukuran bumi namun memiliki massa sekitar massa matahari

Situasi di sebuah bintang mirip dengan pressure cooker. Pemanasan sesuatu dalam wadah tertutup menyebabkan membangun tekanan dalam. Hal yang sama terjadi di Matahari. Meskipun matahari bukan wadah tertutup, namun gravitasi menyebabkannya bertindak seperti itu, menarik matahari ke dalam (kearah inti), sementara tekanan yang diciptakan oleh gas panas dalam teras mendorong keluar. Keseimbangan terjadi antara tekanan keluar dan gravitasi (kedalam) pada matahari.

Ketika Matahari mulai kehabisan hidrogen untuk digabungkan menjadi helium, tenaga dorong keluar sudah tidak  bisa mengimbangi tenaga tarik kedalam oleh gravitasi, dan bintang mulai runtuh. Tapi kompaksi bintang menyebabkannya memanas lagi dan pemanasan ini cukup untuk "membakar" (menggabungkan) lagi sedikit hidrogen yang tersisa di kulit yang mengelilingi intinya.

Pembakaran hidrogen di kulit ini memperluas lapisan luar bintang. Ketika ini terjadi, matahari kita akan menjadi raksasa merah (red giant), dan ukurannya akan sangat besar hingga Merkurius akan benar-benar tertelan!

Ketika sebuah bintang membesar, panasnya menyebar, membuat suhunya secara keseluruhan menurun.Tapi suhu inti raksasa merah dari matahari kita meningkat, sampai akhirnya cukup panas untuk memadukan helium yang tercipta dari fusi hidrogen. Akhirnya, panas itu akan mengubah helium menjadi karbon dan unsur berat lainnya. Matahari kita hanya akan menghabiskan satu miliar tahun sebagai raksasa merah, berlawanan dengan hidrogen yang butuh 10 miliar tahun untuk membuatnya terbakar habis.

Kita sudah tahu bahwa bintang bermassa pertengahan/medium, seperti Matahari, menjadi raksasa merah. Tapi apa yang terjadi setelah itu? Raksasa merah matahari kita masih akan membakar helium dan dan menghasilkan karbon. Tapi ketika helium habis, tidak ada panas yang cukup untuk dapat membakar karbon yang terbentuk.

Karena matahari kita tidak akan cukup panas untuk membakar karbon yang terbentuk di intinya, maka dia akan menyerah pada gravitasi lagi. Ketika inti dari bintang terkompresi, lapisan luarnya akan mengembang. Saat itu bintang telah menjadi raksasa bahkan lebih raksasa dari sebelumnya! Radius matahari kita akan menjadi lebih besar dari orbit Bumi!

Matahari akan sangat tidak stabil pada saat ini dan akan kehilangan massanya. Ini terus berlanjut sampai akhirnya bintang itu melepaskan lapisan luarnya. Inti bintang, bagaimanapun, tetap utuh, dan menjadi katai putih. Katai putih akan dikelilingi oleh sebuah shell/kulit gas yang mengembang dan objek seperti ini dikenal sebagai nebula planet. Disebut nebula planet karena awalnya para astronom berpendapat mereka tampak seperti planet Uranus dan Neptunus. Ada beberapa nebula planet yang dapat dilihat melalui teleskop rumah. Dan sekitar setengah dari mereka, katai putih dapat dilihat dipusatnya, dengan menggunakan teleskop berukuran sedang.

Ring Nebula, dengan katai putih di pusatnya

Planetary nebula menandai transisi dari raksasa merah yang berasal dari bintang massa menengah ke katai putih. Bintang yang massa nya sebanding dengan Matahari kita akan menjadi bintang katai putih dalam waktu 75.000 tahun meniup (tidak meledak atau bukan supernova) seluruh lapisan luarnya. Akhirnya akan mendingin, memancarkan panas ke ruang angkasa dan memudar menjadi bongkahan karbon hitam yang mungkin memerlukan 10 miliar tahun. Dan matahari kita suatu saat nanti akan mencapai akhir dari kehidupannya dan diam-diam menjadi katai hitam.

Nebula Planet nebula planet  lainnya

Citra Telescope luar angkasa Hubble ini mencakup wilayah kecil di dekat pusat gugus bola yang dikenal sebagai M4. Di sini, peneliti telah menemukan konsentrasi besar bintang kerdil putih (dilingkari di atas).

Katai putih dapat memberitahu kita tentang usia alam semesta. Jika kita dapat memperkirakan waktu yang diperlukan white dwarf untuk mendingin menjadi kerdil hitam, yang akan memberi kita batas bawah usia alam semesta dan galaksi kita. Tapi karena butuh milyaran tahun untuk bintang kerdil putih hingga menjadi dingin, dan alam semesta kita belum cukup tua, maka bintang katai hitam seharusnya belum akan ditemukan.  Penemuan katai hitam tentu akan mengubah pemahaman kita tentang proses dan waktu pendinginan katai putih.

Tahap tahap kehidupan matahari dalam miliar tahun

Bagaimana jika bintang bermassa menengah ini memiliki planet seperti matahari kita? apa yang akan terjadi dengan planet-planetnya?.

Merkurius ditelan oleh matahari yang mengembang

Dalam konteks tata surya kita, selama transformasi Matahari menjadi kerdil putih, matahari akan kehilangan sejumlah besar massa, dan semua planet akan bergerak lebih jauh. Hal ini dapat mengacaukan orbit dan menyebabkan tabrakan antara planet-satelit, dan obyek-obyek lainnya  seperti yang terjadi di masa-masa awal yang tidak stabil pada tata surya kita. Planet merkurius akan ditelan pada saat pengembangan pertama, dan planet venus, bumi, mars mungkin akan saling beratabrakan  atau di telan pada pengembangan selanjutnya. Asteroid-asteroid yang bertebaran di sabuk asteroid antara mars dan jupiter akan bergerak menuju matahari kita yang telah menjadi bintang merah raksasa. Sedangkan Jupiter sendiri mungkin akan bertahan hingga evolusi akhir Matahari tanpa cedera.

Untuk bintang-bintang seperti matahari kita lainnya, proses menjadi katai putih juga dapat menghancurkan seluruh planet terestrialnya, membentuk sejumlah besar asteroid, beberapa di antaranya akan memiliki komposisi kimia yang sama dengan inti planet.

Sisa-sisa kehancuran planet yang memiliki kemiripan mencolok dengan Bumi, telah ditemukan di sekitar bintang katai putih - menawarkan visi dari apa yang suatu hari akan terjadi pada planet kita. Astrofisikawan Universitas Warwick menemukan empat katai putih dikelilingi oleh debu dari planet yang hancur.