FOTOMETRI GUGUS BINTANG TERBUKA M67 (NGC 2682)

Transkripsi

1 FOTOMETRI GUGUS BINTANG TERBUKA M67 (NGC 2682) Fajar Ramadhan 1, Rhorom Priyatikanto 2, Judhistira Aria Utama 1 1 Departemen Pendidikan Fisika, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia (UPI), Jl. Dr. Setiabudhi 229, Bandung Pusat Sains dan Antariksa Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional, Jl. Dr. Junjunan no.133 Bandung * ) fajar.ramadhan@student.upi.edu Abstrak Gugus bintang terbuka M67 merupakan salah satu gugus bintang paling tua di Galaksi Bima Sakti. Studi tentang gugus bintang terutama gugus bintang tua bertujuan untuk memahami hal-hal seperti struktur galaksi, komposisi kimia, populasi bintang, evolusi dinamis dan proses pembentukan bintang-bintang baru di galaksi. Dengan melakukan pengolahan citra gugus bintang terbuka M67 menggunakan metode fotometri bukaan (aperture photometry), tujuan penelitian ini adalah menentukan besar nilai usia, pemerahan dan jarak gugus bintang terbuka M67. Pengolahan citra gugus bintang terbuka M67 memanfaatkan citra yang diambil dengan menggunakan dua pita yakni pita B dan V. Nilai magnitudo instrumen dalam dua pita diperoleh dengan memanfaatkan perangkat lunak ImageJ. Transformasi ke sistem standar dilakukan dengan bantuan bintang standar untuk membangun diagram H-R. Dengan mencocokkan hasil berdasarkan model Isochrone padova, diperoleh usia gugus bintang terbuka M67 sebesar 3,2 milyar tahun, nilai pemerahan sebesar 0,06 dan jarak sebesar 909 parsek. Abstract M67 is one of the oldest open cluster within Milky Way galaxy and known as the richest star cluster. Star cluster studies especially old cluster help us to understand galaxy structure, chemical composition, star population, dynamical evolution and star formation within galaxy. By employing photometric method, the objective of this research is to determine the age, reddening and distance of M67. The instrumental magnitude in B and V filter is obtained by using ImageJ software. Transformation to standard system has been done based on the standard stars within the cluster to construct cluster s H-R diagram. By employing model of Padova isochrone for the curve fitting to H-R diagram, the age of M67 is found to be 3.2 billion years, reddening is 0.06 and its distance 909 parsec. Keywords: H-R diagram, Isochrone, M67 open cluster, photometric method 1. Pendahuluan Sejak masa lampau bintang-bintang telah menjadi bagian dari kebudayaan manusia. Banyak kebudayaan masa lampau yang menjadikan bintang-bintang sebagai patokan dalam kegiatan praktik keagamaan, navigasi, penanda waktu dalam kegiatan agraris dan masih banyak lagi. Hingga masa kini, ilmu perbintangan klasik masih dapat digunakan salah satunya adalah pemanfaatan rasi bintang sebagai navigasi. Bintang dapat terbentuk oleh karena adanya kontraksi awan molekul dalam skala besar (nebula). Pada prosesnya bintang-bintang terbentuk secara berkelompok. Kelompok-kelompok bintang ini disebut sebagai gugus (Cluster) dan dibagi menjadi beberapa klasifikasi bedasarkan jumlah anggota dan interaksi gravitasinya, yakni gugus bola (Globular Cluster), gugus terbuka (Open Cluster), young massive cluster dan asosiasi bintang. Gugus bintang memiliki anggota yang lahir dalam waktu yang hampir bersamaan, oleh karenanya tiap bintang dalam satu gugus memiliki usia yang hampir sama dan memudahkan dalam penelitian [1]. Gugus bintang M67 atau NGC 2682 terletak di konstelasi Cancer. Estimasi usia terbaik yang dapar diberikan pada gugus bintang M67 berkisar antara 3,1 hingga 5 miliar tahun [2]. Gugus bintang ini merupakan salah satu gugus bintang tua di galaksi Bimasakti. Ada juga beberapa anggapan bahwa 10

2 bintang terdekat dengan Bumi yakni Matahari berasal dari gugus bintang M67 dikarenakan lebih dari seratus bintang anggotanya memiliki kemiripan dengan Matahari [3]. Salah satu parameter fisis fundamental gugus bintang adalah usia dan jarak. Usia gugus bintang dapat memberikan petunjuk formasi galaksi. Contohnya, bintang dalam gugus bola merupakan bintang paling tua dalam galaksi, sehingga dengan mengetahui usia gugus, dapat diperkirakan pula usia galaksi dan lebih jauh lagi usia alam semesta. Sedangkan jarak gugus bintang merupakan besaran fundamental yang dapat menggambarkan bahwa mahaluas alam semesta sehingga lebih meyakinkan manusia bahwa mahabesarnya sang pencipta. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan pemanfaatan studi bintang, gugus bintang dan obyek astronomi lainnya, manusia akan semakin dekat dengan misteri alam semesta. Alam semesta merupakan hal yang masih merupakan misteri bagi seluruh umat manusia, keberadaanya selalu menimbulkan tanda tanya besar. Jika pengetahuan tentang alam semesta dapat terpecahkan, maka hal itu merupakan salah satu pencapaian tertinggi dalam ilmu pengetahuan. memiliki ukuran 256 x 256 piksel. Area langit yang terpotret merupakan bagian dari gugus bintang M67 berpusat pada α = ,62, δ = ,54 dan bukan merupakan keseluruhan gugus. Gambar 1. Area Pengamatan Gugus Bintang M67(Sumber: 2. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan pada gugus bintang yang dinamakan gugus bintang terbuka M67 (NGC 2682). Citra gugus terbuka M67 diperoleh dalam sesi observasi yang dilakukan Dr. Hakim L. Malasan dengan menggunakan teleskop berdiameter 65 cm, pada tanggal 27 Januari 2000 dan berlokasi di Gunma Astronomical Observatory (GAO). Pengolahan data menggunakan metode aperture photometry dengan bantuan perangkat lunak. Aperture photometry adalah metode yang digunakan untuk mengukur besar fluks atau intensitas cahaya. Prinsip kerja metode aperture photometry adalah menempatkan tiga buah lingkaran dengan diameter beragam, dimana ketiga lingkaran tersebut ditempatkan sedemikian rupa sehingga mengurung sumber cahaya. Penggunaan tiga buah lingkaran memiliki fungsi tersendiri, dimana lingkaran terdalam digunakan untuk mengukur besar intensitas dari sumber, lingkaran tengah sebagai area pembatas agar meyakinkan bahwa intensitas terukur merupakan intensitas sumber cahaya tanpa dikotori oleh pengaruh lain, dan lingkaran terluar digunakan untuk mengukur intensitas langit. Sistem fotometri yang digunakan adalah sistem fotometri UBV dengan menggunakan dua buah pita, yakni pita B dan V. Waktu paparan (exposure time) untuk citra dengan pita V selama 60 detik, sedangkan untuk citra dengan pita B selama 120 detik. Pengambilan data dilakukan pada tanggal 27 Januari Area gugus bintang terbuka M67 terpotret di langit memiliki ukuran 5,8 menit busur, sedangkan pada citra obyek Gambar 2. Citra Obyek Gugus Bintang Terbuka M67 Sebagai Obyek Penelitian Terdapat 10 bintang standar dalam area penelitian yang digunakan sebagai pembanding dan koreksi ekstingsi atmosfer. Kesepuluh bintang tersebut disajikan dalam tabel berikut: Tabel 1. Data Bintang Standar dari Bruce Gary, Hereford Arizona Observatory (Sumber: brucegary.net/m67) R.A.[deg] Dec.[deg] B V 8 51'20.053" 11 46'42.51" 13,37 12, '19.865" 11 47' ,615 12,135 11

3 8 51'26.352" 11 43'53.07" 11,392 11, '31.155" 11 45'52.13" 13,201 12, '29.845" 11 47'18.23" 11,022 9, '25.354" 11 47'35.63" 13,162 12, '22.734" 11 48'4.94" 11,587 10, '17.120" 11 48'17.76" 11,574 10, '22.797" 11 48'51.65" 13,283 12, '26.779" 11 48'42.56" 11,094 10,502 Menggunakan bantuan perangkat lunak ImageJ, multiple aperture photometry dapat dilakukan sehingga intensitas tiap bintang anggota gugus dapat terukur. Kemudian dengan menggunakan persamaan hubungan antara magnitudo dan intensitas berikut: = 2,5 log + (1) magnitudo instrumen dari tiap bintang anggota gugus bintang terbuka M67 dapat ditentukan. Koreksi ekstingsi atmosfer perlu dilakukan pada nilai magnitudo instrumen dikarenakan pengaruhnya yang membuat berkurangnya intensitas radiasi sumber akibat partikel dalam atmosfer bumi. Dampak ekstingsi ini berupa penyerapan dan penyebaran cahaya. Koefisien ekstingsi atmosfer yang terukur merupakan hasil perbandingan nilai antara magnutudo instrumen dengan magnitudo standar. Dengan rajah magnitudo standar versus magnitudo instrumen, besar nilai koefisien untuk masing-masing pita dapat diperoleh. Bintang standar katalog diperlukan agar pengamat yang berbeda dapat saling membandingkan hasil satu sama lain. Perbandingan hasil pengamatan diperlukan atas dasar bahwa tiap observasi akan memiliki respon yang berbeda, bintang yang sama tidak akan memiliki nilai kecerlangan yang sama dengan pengaturan instrumen yang berbeda. Perbedaan hasil dapat diakibatkan dari perbedaan ukuran dan kondisi teleskop, alat optik, panjang gelombang dan kualitas filter yang digunakan. Untuk menghilangkan faktor tersebut, sistem bintang standar katalog dapat digunakan untuk mengkalibrasi data hasil observasi terhadap kecerlangan bintang standar. Koefisien transformasi adalah: = + ( ) + (2) Dimana t merupakan koefisien transformasi dan z adalah zero point. Persamaan 2 dapat ditransformasikan menjadi persamaan untuk mendapatkan nilai magnitudo baku untuk tiap bintang. Sehingga persamaan transformasinya adalah: = + ( ) + (3) ( ) = ( ) + (4) Dimana V dan (B-V) merupakan magnitudo baku yang akan dicari, Vobs dan (B-V)obs telah diketahui sebelumnya dari magnitudo instrumen terkoreksi koefisien ekstingsi atmosfer. Lalu C 1, C 2, C 3 dan C 4 merupakan nilai yang perlu dicari. Karena warna dan magnitudo bintang standar katalog telah diketahui, maka dengan rajah grafik versus ( ) dan rajah grafik ( ) versus ( ) nilai nilai C 1, C 2, C 3 dan C 4 dapat diketahui. Kemudian dengan menggunakan persamaan (3) dan (4) maka nilai magnitudo baku untuk tiap bintang dapat diketahui. Dengan diketahuinya seluruh nilai magnitudo baku untuk tiap bintang, maka diagram HR yang dibangun berdasarkan magnitudo baku dapat dibangun. Usia dan jarak gugus bintang dapat diperkirakan dengan mencocokkan data hasil observasi dengan model isochrone. Isochrone dapat digunakan untuk mengetahui usia gugus bintang dikarenakan anggota gugus memiliki usia yang hampir sama. Perbandingan beberapa usia isochrone dengan diagram HR perlu dilakukan dengan masksud mendapatkan hasil yang lebih presisi. Besar pergeseran isochrone sumbu X menggambarkan nilai ekses warna E(B-V) dan besar pergeseran sumbu Y merupakan besar nilai modulus jarak m-m. Koefisien ekstingsi materi antarbintang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: = 3.1 ( ) (5) Nilai-nilai tersebut selanjutnya dapat digunakan untuk menghitung jarak gugus menggunakan persamaan: = 10, ( ) (6) 3. Hasil dan Pembahasan Magnitudo instrumen terukur merupakan nilai yang didapat dengan menggunakan persamaan (1). Hasil rajah grafik magnitudo instrumen V terhadap indeks warna B-V ditampilkan dalam grafik berikut: V Diagram H-R (mag. Inst) B-V Gambar 3. Diagram H-R Untuk Magnitudo Instrumen 12

4 Rajah magnitudo instrumen terhadap magnitudo bintang standar yang ada pada katalog dapat memberikan besar nilai ekstingsi atmosfer. Adapun nilai ekstingsi yang berpengaruh pada pita B sebesar 1,025 dan pita V sebesar 0,952. Persamaan (3) dan (4) dapat dipergunakan untuk mendapatkan nilai magnitudo baku tiap bintang. Berikut adalah rajah grafik versus ( ) dan rajah grafik ( ) versus ( ) yang dipergunakan untuk mendapatkan nilai koefisien transformasi C 1, C 2, C 3 dan C 4: Vstd-Vobs y = x (B-V)std Gambar 4. Rajah grafik V std-v obs versus (B-V) std 12, , ,135 12,615 11, , ,275 11,392 12, , ,637 13,201 9, ,7495 9,675 11,022 12,423 13, ,555 13,162 10, , ,478 11,587 10, , ,331 11,574 12, , ,701 13,283 10, , ,502 11,094 Gugus bintang terbuka M67 memiliki anggota yang melimpah dengan jarak kurang dari 1 kpc, hal ini menjadikannya salah satu gugus bintang yang banyak dipelajari. Berdasarkan [4] parameter fisis gugus bintang M67 diantaranya color excess sebesar 0,05, modulus jarak sebesar 9,6 dan mendapati bahwa 38% bintang anggotanya merupakan sistem bintang biner. Adapun berdasarkan [5] bintang-bintang anggota M67 memiliki rerata massa sekitar 1,33 massa matahari dan berusia sekitar 4 milyar tahun. Berikut adalah beberapa parameter fisis M67 yang diambil dari beberapa sumber: Tabel 3. Parameter fisis Gugus bintang Terbuka M67 (B-V)std y = x (B-V)obs E(B-V) m-m Usia (Gyr) Jarak (pc) Sumber Montgomery, Naim, Sarajedini, Yakut, 2009 [6] WEBDA Penelitian ini Gambar 5. Rajah grafik (B-V) std versus (B-V) obs Terlihat dari gambar (4) dan (5) nilai C 1, C 2, C 3 dan C 4 masing-masing adalah (-0,196), (0,58), (1,133) dan (-1,156). Selanjutnya dengan menerapkan persamaan (3) dan (4) pada seluruh nilai magnitudo yang telah dikoreksi ekstingsi atmosfer akan didapat nilai magnitudo baku. Hasil perhitungan nilai magnitudo baku ditampilkan bersamaan dengan nilai magnitudo pada katalog guna melihat seberapa besar perbedaan nilai antar keduanya pada tabel (2). Diagram HR magnitudo baku dirajah bersamaan dengan model isochrone guna memprediksikan usia gugus bintang. Dengan mencocokkan beberapa model isochrone berusia tertentu dengan data, akan terlihat seberapabesar kecocokan antara masing-masing model dengan data. Berikut adalah rajah kurva isochrone dengan usia 5E8, 1,6E9, 3,2E9 dan 1E10 tahun yang disandingkan dengan data pengamatan. Tabel 2. Perbandingan Nilai Magnitudo Baku Dengan Magnitudo Pada Katalog Vbaku Bbaku VKatalog Bkatalog 12, , ,785 13,37 13

5 6. Daftar Pustaka [1] H. Formert & K. Christine, Open Star Cluster. SEDS. University of Arizona, Lunar and Planetary Lab (2010). Retrieved [4] K. A. Montgomery, L. A. Marschall & K. A. Janes, CCD Photometry of the Old Open Cluster M67, The Astronomical Journal Vol. 106 (1993), p Gambar 6. Perbandingan Isochrone berusia 5E8, 1,6E9, 3,2E9 dan 1E10 tahun yang disandingkan dengan data pengamatan Gambar (6) menunjukkan bahwa data pengamatan cocok dengan model kurva isochrone berusia 3,2 milyar tahun hingga 4 milyar tahun untuk daerah sekitar deret utama dan daerah red giant, namun titik belok kurva isochrone dengan usia 3,2 milyar tahun dirasa lebih cocok pada daerah bintang bermassa rendah. Perhitungan jarak dilakukan dengan menggunakan model kurva isochrone berusia 3,2 milyar tahun sehingga mendapatkan nilai m-m dan color excess sebesar 9,98 dan 0,06. Nilai m-m menunjukkan perbedaan nilai magnitudo baku bintang dengan nilai magnitudo mutlaknya, sedangkan nilai color excess 0,06 menunjukkan bahwa gugus bintang terbuka M67 jauh dari bidang galaksi. Dengan menggunakan persamaan (5) maka nilai koefisien ekstingsi materi antarbintang sebesar 0,186, sehingga seluruh komponen yang diperlukan untuk menghitung jarak gugus bintang seperti dalam persamaan (6) telah lengkap. Dengan menggunakan persamaan (6) didapat nilai d sebesar 909,49 pc. [5] S. O. Naim & G. Evgeny, Examining the M67 Classification as an Open Cluster, International Journal of Astrophysics (2012), p [3] W. L. Sanders, W. L, Membership of the Open Cluster M67, Astronomy and Astrophysics Supplement Series 27 (1977), p [2] A. Sarajedini, A. Dotter & K. Allyson, Deep 2MASS Photometry of M67 and Calibration of the Main Sequence J-KS Color Difference as an Age Indicator, AJ (2009) [6] K. Yakut, W. Zima, B. Kalomeni, H. van Wickel, C. Waelkens, P. De Cat, E. Bauwens, M. Vuckovic, S. Saesen, L. Le Guillou, M. Parmaksizoglu, K. Oluc, I. Khamitov, G. Raskin & C. Aerts, Close Binary and Other Variable Stars in the Solar Age Galactic Open Cluster M67, Astronomy and Astrophysics Vol. 505(2009), p Kesimpulan Berdasarkan hasil pengolahan data fotometri yang dilakukan, maka dapat dapat disimpulkan: 1. Magnitudo baku bintang anggota gugus bintang terbuka M67 dalam pita B memiliki rentang nilai 10,318 hingga 17,08 sedangkan dalam pita V memiliki rentang nilai 9,884 hingga 16, Gugus bintang terbuka M67 berusia 3,2E9 tahun dan berjarak 909,49 pc 5. Ucapan Terimakasih Terimakasih kepada Dr. Hakim Luthfi Malasan yang telah mengizinkan penulis menggunakan data observasi yang telah diperolehnya. 14