Rahasia Bintang Berumur Milyaran Tahun

Mengapa bintang-bintang bisa berumur sampai miliyaran bahkan trilyunan tahun, padahal bahan bakar hidrogren dalam bintang sendiri bisa dibilang sangat besar bahkan sampai menguras persediaan bahan bakar mereka sendiri, itu saja? Proses penting yang menyuplai energi untuk kehidupan bintang (termasuk Matahari) adalah reaksi nuklir yang menggabungkan inti-inti atom ringan (hidrogen misalnya) menjadi inti-inti atom yang lebih berat. Dapur tempat “memasak” inti berat dari inti ringan ini berada di bagian dalam bintang.  Reaksi yang paling sederhana dan fundamental di dalam bintang adalah rangkaian reaksi proton-proton.

Dalam rangkaian reaksi ini, pada prinsipnya adalah mengubah 4 inti hidrogen menjadi helium. Jika helium sudah tersedia cukup banyak di pusat bintang dan temperatur di sana lebih dari 14 juta Kelvin, inti helium akan bergabung dengan inti helium dan membentuk berilium.

Reaksi selanjutnya akan membentuk lithium, namun pada akhirnya yang dihasilkan adalah helium. Dengan kata lain, berilium dan litium menjadi katalisator saja, yang mengontrol laju reaksi nuklir di dalam bintang. Jika temperatur lebih tinggi lagi, mencapai 23 juta Kelvin atau lebih, berilium dapat bereaksi dengan proton dan membentuk boron. Namun, boron ini juga nantinya akan membentuk helium.

Untuk setiap inti helium yang dihasilkan, dilepaskan energi sebesar 4×10^-12 joule. Energi sebesar ini bisa menyalakan lampu bohlam 40 watt selama 10^-13 detik. Namun, Matahari kita mempunyai hidrogen yang cukup untuk menghasilkan 10⁵⁶ helium. Dengan demikian, jika semua hidrogen di Matahari diubah menjadi helium, energi yang dilepaskan sebanyak 4×10⁴⁴ joule. Sementara itu, Matahari diamati memancarkan energi sebesar 4×10²⁶ joule setiap detiknya. Jadi, rangkaian reaksi proton-proton ini akan bisa berlangsung di Matahari selama 30 milyar tahun. Namun, ini masih perhitungan kasar. Jika dihitung lebih teliti lagi, pembakaran hidrogen di Matahari melalui rangkaian reaksi proton-proton akan berlangsung selama 12 milyar tahun. Dari jangka waktu tersebut Matahari telah menempuh 4,5 milyar tahun.

Belum ada setengahnya!

Cara lain untuk mengubah hidrogen menjadi helium adalah dengan rangkaian daur karbon. Sesuai namanya, rangkaian reaksi ini mensyaratkan adanya karbon di area pembakaran. Pada temperatur 100 juta Kelvin atau lebih, inti helium akan bergabung membentuk inti karbon. Inti karbon dalam rangkaian daur karbon bertindak sebagai katalisator, yaitu melalui reaksi yang membentuk nitrogen dan oksigen yang kemudian dilenyapkan lagi dalam reaksi berikutnya dalam daur karbon. Tapi, karbon di Matahari sangatlah sedikit. Jadi, rangkaian daur karbon untuk saat ini tidak dominan bila dibandingkan rangkaian reaksi proton-proton. Bila helium sudah semakin banyak terbentuk di Matahari, temperatur area pembakaran akan semakin meningkat dan peran rangkaian daur karbon akan semakin menonjol.

Bagaimana dengan bintang yang bermassa lebih besar atau lebih kecil daripada Matahari? Reaksi fusi/penggabungan atom/inti atom membutuhkan temperatur yang sangat tinggi supaya inti-inti atom bintang itu bergerak sangat cepat untuk melawan gaya tolak-menolak antarproton. Di bintang, temperatur sangat tinggi akibat dari tekanan tinggi. Tekanan tinggi ini berkaitan dengan massa bintang. Bintang yang bermassa besar, lebih besar dari Matahari, bertemperatur lebih panas daripada Matahari dan proses pembakaran hidrogen berlangsung lebih cepat sehingga umurnya lebih pendek. Sebaliknya, bintang yang bermassa lebih kecil dari Matahari, bertemperatur lebih dingin dan umurnya lebih panjang karena proses pembakaran hidrogen berlangsung lebih lambat.