Bab ini meletakkan dasar pemahaman tentang apa itu Astrofisika dan bagaimana para ilmuwan mengumpulkan informasi tentang alam semesta.
1.1 Definisi Astrofisika
Astrofisika adalah ilmu yang menerapkan hukum dan prinsip Fisika dan Kimia untuk menganalisis dan memahami objek serta fenomena astronomi di alam semesta. Secara esensial, Astrofisika adalah “fisika dari kosmos.”
| Disiplin Ilmu | Fokus Utama | Pertanyaan Kunci |
| Astronomi | Posisi, gerakan, dan pengamatan benda langit. | Di mana bintang itu berada? Kapan komet itu akan kembali? |
| Astrofisika | Sifat fisik, perilaku, dan evolusi benda langit. | Terbuat dari apa bintang itu? Bagaimana ia menghasilkan energi? Apa nasib akhirnya? |
Tujuan utama Astrofisika adalah untuk memahami struktur, komposisi, energi, dan evolusi objek-objek kosmik, mulai dari planet, bintang, galaksi, hingga alam semesta secara keseluruhan.
1.2 Alat dan Teknik Observasi: Cahaya sebagai Utusan
Karena jarak kosmik yang luar biasa jauh, para astrofisikawan tidak dapat menyentuh atau bereksperimen langsung dengan objek langit. Semua informasi tentang alam semesta diperoleh hampir secara eksklusif melalui radiasi yang dipancarkan atau diserap oleh objek tersebut.
A. Radiasi Elektromagnetik (EM) 🌌
Radiasi EM adalah mekanisme utama kita mendapatkan data. Radiasi EM bergerak sebagai gelombang dan terdiri dari partikel yang disebut foton.
| Tipe Radiasi | Sumber Kosmik Umum | Kegunaan Observasi |
| Gelombang Radio | Sisa-sisa Big Bang (CMB), pembentukan bintang, pulsa dari pulsar, galaksi aktif. | Menembus awan gas dan debu tebal di Bima Sakti. |
| Inframerah (IR) | Debu hangat, planet, pembentukan bintang, molekul di ruang angkasa. | Melihat melalui debu yang menyerap cahaya tampak. |
| Cahaya Tampak (Vis) | Bintang, galaksi, nebula gas. | Memberikan gambar yang paling dikenal tentang kosmos. |
| Ultraviolet (UV) | Bintang yang sangat panas, gas yang terionisasi, sisa-sisa supernova. | Mengamati daerah gas panas di galaksi. |
| Sinar-X | Gas yang sangat panas (juta derajat) di gugus galaksi, materi jatuh ke lubang hitam, bintang neutron. | Menyelidiki fenomena berenergi tinggi. |
| Sinar Gamma | Ledakan paling energik di alam semesta (GRBs), inti galaksi aktif (AGN). | Mendeteksi ledakan kosmik yang langka dan ekstrem. |
Tantangan Atmosfer Bumi: Atmosfer Bumi hanya transparan terhadap gelombang radio dan cahaya tampak. Untuk mengamati radiasi lainnya (UV, Sinar-X, Sinar Gamma, sebagian besar IR), diperlukan teleskop berbasis antariksa atau observatorium ketinggian tinggi (misalnya, teleskop Hubble, teleskop James Webb, teleskop Chandra).
B. Teleskop dan Pengumpul Data 🔭
Teleskop berfungsi sebagai “ember” raksasa untuk mengumpulkan foton sebanyak mungkin.
- Teleskop Refraktor: Menggunakan lensa.
- Teleskop Reflektor: Menggunakan cermin (lebih disukai untuk astronomi modern karena tidak mengalami chromatic aberration dan dapat dibuat lebih besar).
Parameter Kunci Teleskop:
- Daya Kumpul Cahaya: Sebanding dengan kuadrat diameter cermin (semakin besar diameter, semakin redup objek yang dapat diamati).
- Resolusi: Kemampuan untuk membedakan dua objek yang berdekatan (ditingkatkan melalui interferometri atau optik adaptif).
C. Spektroskopi ⚛️
Ini adalah alat diagnostik paling penting dalam astrofisika. Spektroskopi adalah studi tentang spektrum cahaya.
Ketika cahaya dari sumber kosmik dilewatkan melalui prisma atau grating, ia terurai menjadi spektrum warna (panjang gelombang). Pola spektrum ini mengungkapkan:
- Komposisi Kimia: Setiap elemen (hidrogen, helium, besi, dll.) memiliki sidik jari unik berupa garis absorpsi atau garis emisi pada panjang gelombang tertentu.
- Suhu: Ditentukan dari distribusi energi di seluruh spektrum (lihat Hukum Wien, Bab 2).
- Kecepatan Radial (Efek Doppler):
- Pergeseran Merah (Redshift): Jika garis spektrum bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang (merah), objek bergerak menjauhi pengamat.
- Pergeseran Biru (Blueshift): Jika garis spektrum bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek (biru), objek bergerak mendekati pengamat.
- Densitas dan Tekanan: Lebar dan bentuk garis spektrum dapat memberikan petunjuk tentang densitas gas di sumber cahaya.
1.3 Selain Foton: Observasi Non-Elektromagnetik
Astrofisika modern meluas di luar cahaya untuk mencakup utusan lain yang membawa informasi dari alam semesta.
A. Fisika Partikel 🚀
- Sinar Kosmik: Partikel bermuatan energi tinggi (sebagian besar proton dan inti atom) yang berasal dari luar tata surya kita (misalnya, sisa-sisa supernova, lubang hitam supermasif).
- Neutrino: Partikel subatomik netral dan sangat ringan yang berinteraksi sangat lemah dengan materi. Observasi neutrino (misalnya dari Matahari atau supernova) memberikan pandangan unik ke dalam inti bintang yang padat.
B. Gelombang Gravitasi (GW) 💫
- Riak dalam ruang-waktu yang diciptakan oleh akselerasi benda-benda masif.
- Dideteksi pertama kali oleh LIGO pada tahun 2015.
- Sumber umum: Penggabungan (merger) lubang hitam dan bintang neutron.
- GW memberikan “pendengaran” baru terhadap peristiwa kosmik yang sangat keras yang tidak dapat dilihat melalui cahaya.