Nebula planeter selalu menjadi objek langit yang memukau. Warnanya yang cerah dan bentuknya yang rumit kerap memberi kesan seolah kita sedang melihat karya seni kosmik. Namun di balik keindahan itu, terdapat proses fisika ekstrem yang menandai fase akhir kehidupan sebuah bintang. Dalam beberapa dekade terakhir, para astronom semakin tertarik mempelajari nebula planeter karena struktur didalamnya ternyata menyimpan petunjuk penting tentang evolusi bintang. Salah satu struktur yang baru saja menjadi sorotan penelitian adalah fenomena yang disebut paku netral. Bentuk ini pertama kali terlihat jelas pada citra detail yang diambil oleh teleskop James Webb, dan kini para ilmuwan mulai memahami bagaimana paku tersebut bisa terbentuk.
Sebuah studi baru yang dipublikasikan dalam Monthly Notices of the Royal Astronomical Society tahun 2025 memberikan pandangan yang lebih mendalam mengenai pembentukan paku netral ini. Penelitian tersebut dilakukan oleh Guillermo García Segura dan rekan rekannya yang melakukan simulasi hidrodinamika dua dimensi untuk melihat bagaimana nebula planeter berevolusi dari awal pembentukannya hingga tahap akhirnya. Tidak kurang dari enam model bintang dengan massa awal berbeda antara satu hingga lima kali massa Matahari dipelajari untuk memahami proses ini.
Baca juga artikel tentang: Tameng Karbon, Data Emas: Misi Parker Membidik Jantung Badai
Nebula planeter terbentuk ketika sebuah bintang yang ukurannya mirip atau tidak jauh lebih besar dari Matahari memasuki tahap akhir kehidupannya. Setelah kehabisan bahan bakar, bintang tersebut mengembuskan lapisan luarnya ke angkasa. Sisa inti yang tersisa mulai memancarkan radiasi kuat sehingga gas dan debu yang dikeluarkan tadi menjadi bersinar. Inilah yang menciptakan nebula planeter yang berwarna warni. Dalam proses itulah terkadang muncul struktur memanjang yang tidak terionisasi atau tidak bermuatan, yang disebut paku netral.
Penelitian ini berfokus pada bagaimana paku netral dapat terbentuk dan bertahan dalam jangka waktu tertentu. Simulasi yang dilakukan menggunakan data evolusi bintang dan nilai terbaru untuk jumlah foton pengion yang dilepaskan oleh bintang pusat. Foton pengion adalah partikel cahaya energi tinggi yang berperan dalam membuat gas menjadi bermuatan. Dengan memahami berapa banyak foton yang dilepaskan bintang, para peneliti dapat memodelkan bagaimana gas netral dapat terbentuk di tengah lingkungan yang begitu energetik.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa paku netral bisa muncul pada dua tahap berbeda dalam evolusi nebula planeter. Pertama, paku dapat terbentuk di awal pembentukan nebula ketika gas yang dikeluarkan bintang masih sangat padat. Pada tahap ini, bagian tertentu dari gas dapat tetap tidak terionisasi karena foton pengion belum cukup tersebar ke seluruh wilayah nebula. Namun jendela waktu untuk mendeteksi paku pada tahap ini ternyata sangat bergantung pada massa bintang.
Untuk bintang bermassa satu kali massa Matahari, paku netral dapat terdeteksi selama tiga ribu tahun. Waktu ini cukup panjang mengingat umur nebula planeter yang biasanya berkisar puluhan ribu tahun. Namun untuk bintang yang lebih masif, misalnya lima kali massa Matahari, periode ini mengecil menjadi nol. Artinya paku netral hampir tidak mungkin ditemukan di awal pembentukan nebula jika bintang tersebut sangat masif, karena radiasi bintangnya terlalu kuat dan mengionisasi gas dengan sangat cepat.
Tahap kedua adalah ketika nebula mulai memasuki masa penurunan atau melemah. Pada fase ini, gas yang pernah terionisasi mulai kembali menjadi netral karena energi foton dari bintang tidak lagi sebesar sebelumnya. Menariknya, pada tahap ini paku netral justru lebih mudah ditemukan. Penelitian menunjukkan bahwa model bintang dengan massa satu koma lima hingga dua koma lima kali massa Matahari memberikan peluang terbesar untuk mendeteksi paku netral di fase akhir nebula. Paku bisa bertahan cukup lama sehingga dapat diamati dengan teknologi teleskop masa kini.
Temuan ini membantu menjelaskan mengapa teleskop James Webb berhasil menemukan banyak struktur seperti paku netral dalam beberapa nebula. Observasi yang sangat sensitif dan detail dari teleskop ini memungkinkan astronom melihat bagian bagian yang sebelumnya tersembunyi atau terlalu redup. Namun keberhasilan itu juga menandakan bahwa paku netral bukan fenomena langka. Jika model simulasi yang dilakukan para peneliti benar, maka paku netral adalah bagian alami dari evolusi nebula planeter, terutama bagi bintang dengan massa menengah.
Selain itu, hasil penelitian juga memiliki implikasi bagi pengukuran usia nebula planeter. Karena durasi keberadaan paku netral sangat bergantung pada massa bintang pusat dan fase evolusinya, keberadaan struktur tersebut dapat digunakan sebagai penunjuk waktu. Jika sebuah nebula menunjukkan paku netral yang jelas, maka nebula tersebut kemungkinan berada di salah satu dari dua tahap yang telah diprediksi model. Dengan demikian, astronom dapat memperkirakan usia dan evolusi bintang pusatnya dengan lebih akurat.
Simulasi hidrodinamika dua dimensi yang digunakan dalam penelitian ini juga membawa pemahaman baru tentang bagaimana interaksi antara angin bintang dan gas yang dikeluarkan dapat menciptakan struktur yang kompleks. Angin bintang sendiri adalah aliran partikel yang sangat cepat keluar dari permukaan bintang. Ketika angin ini bertemu dengan gas yang lebih tua yang sudah mengembang, terjadilah interaksi yang menghasilkan berbagai bentuk. Tekanan, kecepatan, dan arah aliran gas memainkan peran penting dalam menentukannya.
Struktur paku netral adalah bukti bahwa evolusi nebula planeter melibatkan lebih banyak detail fisik dibandingkan yang diperkirakan sebelumnya. Gas yang terionisasi dan netral hidup berdampingan dalam bentuk yang rumit, dan semuanya mencerminkan perubahan kondisi bintang pusat dari waktu ke waktu. Dengan setiap model baru, para ilmuwan semakin mampu menelusuri bagaimana bintang yang mirip Matahari mengakhiri hidupnya.
Pada akhirnya, penelitian ini bukan hanya soal memahami paku netral, tetapi juga memahami babak terakhir dari kehidupan bintang. Matahari kita sendiri suatu hari akan mengalami proses yang sama. Meskipun masih beberapa miliar tahun lagi, gambaran tentang nebula planeter masa depan Matahari mungkin sudah mulai terlihat dari penelitian penelitian seperti ini. Dengan bantuan teleskop modern dan simulasi komputer yang semakin canggih, kita dapat mengintip masa depan Matahari dan memahami bagaimana kosmos terus menciptakan ulang keindahan dari sisa sisa bintang yang sekarat.
Baca juga artikel tentang: Astronom Temukan Lubang Hitam Raksasa Di Cosmic Horseshoe
REFERENSI:
García-Segura, Guillermo dkk. 2025. Planetary nebula evolution for single stellar models. The formation of neutral spikes. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 543 (4), 3867-3884.
