Bayangkan harus melihat satu per satu lebih dari 44.000 spektrum bintang, membandingkan garis-garis serapan di dalamnya, lalu memutuskan bintang macam apa yang sedang kamu lihat. Itulah yang dilakukan oleh tim astronom dari Universidade Federal do Rio Grande do Sul di Brasil dan Universitas Kiel di Jerman, saat mereka membedah data dari Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), sebuah instrumen spektrograf raksasa yang terpasang di Teleskop Mayall di Kitt Peak, Arizona.
Target mereka bukan galaksi jauh atau materi gelap, melainkan sisa-sisa bintang yang telah mati, katai putih (white dwarf). Hasilnya adalah katalog klasifikasi katai putih terbesar yang pernah dibuat dari satu survei tunggal, dan di dalamnya tersimpan petunjuk baru tentang bagaimana bintang-bintang ini menua, dan mengapa sebagian dari mereka memiliki medan magnet yang sangat kuat.
Katai Putih, Bara Sisa dari Bintang yang Telah Padam
Ketika bintang bermassa rendah hingga menengah, seperti Matahari kita, kehabisan bahan bakar untuk fusi nuklir, ia akan melepaskan lapisan luarnya dan menyisakan inti yang sangat panas dan padat di tengahnya. Inilah yang disebut katai putih. Nasib ini menanti setidaknya 97% dari seluruh bintang di alam semesta, dan hingga kini sudah lebih dari 350.000 katai putih berhasil diidentifikasi dengan tingkat kepercayaan tinggi.
Karena tidak lagi melakukan fusi, katai putih hanya bisa mendingin secara perlahan selama miliaran tahun. Namun meski nasib akhirnya serupa, komposisi atmosfernya bisa sangat berbeda-beda, dan dari situlah astronom menyusun sistem klasifikasi.
Klasifikasi spektral katai putih ditentukan berdasarkan unsur apa yang mendominasi garis serapan pada spektrum cahayanya. Jika hidrogen mendominasi, bintang itu disebut DA. Jika helium netral yang dominan, disebut DB. Jika atmosfernya tercemar logam berat seperti kalsium dan besi, ditambahkan huruf Z sehingga menjadi DZ atau DAZ. Jika spektrumnya benar-benar polos tanpa garis serapan sama sekali, bintang itu disebut DC. Huruf-huruf ini bisa digabung, misalnya DABZ berarti bintang tersebut memiliki hidrogen, helium, dan logam sekaligus, dengan urutan huruf mencerminkan seberapa dominan tiap unsur itu.
Sekitar 80% katai putih yang teridentifikasi termasuk kelas DA, alias didominasi hidrogen. Hal ini terjadi karena gravitasi yang sangat kuat pada bintang ini membuat unsur-unsur berat tenggelam ke dasar, sementara unsur teringan seperti hidrogen mengapung ke permukaan dan menutupi seluruh atmosfer yang terlihat.
Menyisir Empat Juta Spektrum untuk Menemukan 44.417 Katai Putih
DESI sebenarnya dirancang untuk mempelajari energi gelap dengan memetakan jutaan galaksi, bukan berburu katai putih. Namun sebagai bagian dari proyek sampingannya yang disebut Milky Way Survey, instrumen ini juga mengumpulkan lebih dari empat juta spektrum bintang di galaksi kita sendiri.
Milky Way Survey adalah salah satu program riset sampingan yang menumpang pada instrumen DESI, di luar misi utamanya memetakan energi gelap lewat galaksi-galaksi jauh. Alih-alih membidik objek yang sangat jauh, program ini justru mengarahkan sebagian fiber spektrograf DESI ke bintang-bintang di dalam dan sekitar galaksi Bima Sakti sendiri. Karena DESI mampu mengamati ribuan target sekaligus dalam satu kali bidikan, proyek sampingan ini berhasil mengumpulkan lebih dari empat juta spektrum bintang, sebuah harta karun data yang jauh melampaui kapasitas tim manapun untuk memeriksanya satu per satu secara menyeluruh.
Karena tidak mungkin memeriksa jutaan spektrum satu per satu tanpa arah yang jelas, tim peneliti memulai dengan menyilangkan data DESI dengan katalog kandidat katai putih dari Gaia, wahana antariksa Badan Antariksa Eropa yang memetakan posisi dan jarak lebih dari satu miliar bintang. Penyilangan ini menghasilkan 46.006 target awal, dan setelah menyaring hanya spektrum dengan kualitas sinyal (signal-to-noise ratio) yang cukup baik untuk dianalisis, tersisa 44.417 target yang benar-benar diperiksa secara visual satu per satu oleh tim.
Rasio sinyal terhadap derau (signal-to-noise ratio, S/N) adalah ukuran seberapa jelas sebuah sinyal astronomis terlihat dibanding gangguan acak (derau) di sekitarnya. Semakin tinggi nilainya, semakin tajam dan meyakinkan garis-garis serapan pada spektrum bisa dikenali. Tim ini menetapkan S/N minimal 3 sebagai syarat, angka yang dianggap cukup andal untuk mengenali garis serapan hidrogen dan helium.
Dari jumlah tersebut, sekitar 20.660 bintang ternyata belum pernah diklasifikasikan secara spektroskopis dalam katalog manapun sebelumnya. Setelah dibandingkan lagi dengan katalog yang baru rilis, tim menyimpulkan bahwa 11.685 di antaranya kemungkinan besar merupakan klasifikasi yang benar-benar baru, belum pernah muncul di literatur ilmiah manapun.
Distribusi Massa yang Tidak Simetris, dan Sisa Jejak Tabrakan Bintang
Untuk 29.072 katai putih bertipe DA, tim melangkah lebih jauh dengan mencocokkan spektrum masing-masing bintang terhadap model atmosfer teoretis, guna menentukan suhu efektif dan gravitasi permukaannya secara presisi. Dari kedua parameter ini, massa bintang bisa dihitung menggunakan model evolusi bintang.
Hasilnya, massa rata-rata katai putih DA dalam sampel ini adalah 0,677 kali massa Matahari, sejalan dengan temuan survei-survei besar sebelumnya seperti Sloan Digital Sky Survey, sebuah survei langit skala besar yang telah memetakan spektrum jutaan bintang dan galaksi sejak awal tahun 2000-an. Namun yang menarik, distribusi massa ini tidak berbentuk lonceng simetris seperti kurva normal pada umumnya. Ada puncak utama di sekitar massa rendah, tetapi juga terdapat gundukan kedua pada massa yang lebih tinggi.
Komponen bermassa tinggi pada distribusi ini diduga bukan berasal dari evolusi bintang tunggal biasa, melainkan dari bintang-bintang yang pernah mengalami penggabungan (merger) antara dua katai putih yang saling mengorbit. Ketika dua katai putih bertabrakan dan menyatu, hasilnya adalah katai putih tunggal yang jauh lebih masif dari biasanya.
Dengan kata lain, gundukan kedua pada grafik distribusi massa ini kemungkinan besar adalah "jejak forensik" dari bintang-bintang yang lahir kembali lewat tabrakan kosmis, bukan dari jalur evolusi bintang tunggal yang tenang.
Berburu Medan Magnet Lewat Efek Zeeman
Bagian paling menarik dari penelitian ini mungkin ada pada katai putih magnetik. Ketika sebuah bintang memiliki medan magnet yang cukup kuat, garis-garis serapan pada spektrumnya akan terbelah menjadi beberapa komponen, sebuah fenomena yang dikenal sebagai efek Zeeman.
Efek Zeeman terjadi karena medan magnet dapat memisahkan tingkat energi elektron dalam atom yang sebelumnya identik menjadi beberapa tingkat energi yang sedikit berbeda. Akibatnya, satu garis serapan yang semula tunggal akan tampak terbelah menjadi dua atau tiga garis berdekatan pada spektrum. Semakin kuat medan magnetnya, semakin lebar jarak pemisahan antar garis tersebut, sehingga astronom bisa memperkirakan kekuatan medan magnet hanya dari pola pembelahan garis ini.
Dengan memeriksa pola pembelahan ini pada seluruh sampel, tim berhasil mengidentifikasi 547 katai putih magnetik, termasuk 84 yang sama sekali baru ditemukan. Untuk memperkirakan kekuatan medan magnetnya secara lebih tepat, mereka menggunakan model dipol magnet yang miring dan tidak berpusat sempurna di inti bintang, sebuah pendekatan yang dianggap lebih realistis dibanding model dipol sederhana.
Model dipol magnet miring dan tidak berpusat (off-centered, inclined dipole) adalah cara astronom menggambarkan bentuk medan magnet katai putih secara lebih realistis. Model dipol sederhana mengasumsikan medan magnet bintang seperti magnet batang biasa, yang sumbunya lurus melalui pusat bintang. Namun pada kenyataannya, medan magnet katai putih sering kali miring dari sumbu rotasinya dan pusatnya bergeser dari inti bintang, sehingga kekuatan medan magnet yang teramati bisa berbeda-beda di berbagai bagian permukaan bintang. Model yang lebih fleksibel ini membantu astronom mencocokkan pola pembelahan garis Zeeman dengan lebih akurat.
Hasil pengukuran ini kemudian dibandingkan dengan 164 bintang yang kekuatan magnetnya juga sudah diukur di studi-studi sebelumnya. Sekitar 48% di antaranya memiliki selisih pengukuran kurang dari 1 megagauss, sebuah tingkat kesepakatan yang dianggap cukup baik mengingat penentuan kekuatan medan magnet dari spektrum memang dikenal sebagai persoalan yang sangat rumit dan mudah bias oleh banyak faktor sekaligus.
Megagauss (MG) adalah satuan kekuatan medan magnet yang setara dengan satu juta gauss. Sebagai perbandingan, medan magnet Bumi hanya sekitar 0,5 gauss, sementara magnet kulkas biasa sekitar 50–100 gauss. Katai putih magnetik yang dibahas dalam studi ini memiliki medan magnet berkekuatan mulai dari sekitar 1 hingga ratusan megagauss, jutaan kali lebih kuat dibanding medan magnet Bumi.
Katai Putih Magnetik Ternyata Lebih Gemuk, tapi Kristalisasi Bukan Penyebab Tunggalnya
Salah satu temuan paling penting dari studi ini menyangkut hubungan antara magnetisme dan massa bintang. Ketika tim menghitung massa rata-rata dari katai putih magnetik dalam sampelnya, hasilnya adalah 0,88 kali massa Matahari, jauh lebih tinggi dibanding rata-rata katai putih pada umumnya. Temuan ini memperkuat pola yang sudah lama dicurigai astronom, katai putih magnetik cenderung lebih masif dibanding katai putih biasa.
Salah satu hipotesis populer untuk menjelaskan asal-usul medan magnet ini adalah proses kristalisasi di inti katai putih.
Kristalisasi pada katai putih terjadi ketika bintang telah cukup dingin sehingga materi di intinya, yang tadinya berupa plasma cair super padat, mulai mengeras dan tersusun rapi seperti kristal, mirip air yang membeku menjadi es. Proses ini diduga dapat memicu semacam dinamo internal, gerakan konveksi materi cair yang tersisa di sekitar inti padat yang mengkristal, yang berpotensi membangkitkan medan magnet, serupa dengan cara medan magnet Bumi dihasilkan oleh pergerakan logam cair di intinya.
Namun ketika tim memetakan posisi katai putih magnetik pada diagram massa terhadap suhu efektif, mereka menemukan sesuatu yang mengusik hipotesis ini. Meski memang mayoritas katai putih dengan medan magnet terkuat berada di wilayah yang secara teori sudah mengalami kristalisasi, ada juga sejumlah bintang dengan medan magnet sedang yang justru tersebar jauh di luar wilayah kristalisasi tersebut, artinya intinya belum sempat mengeras sama sekali.
Ini menandakan bahwa kristalisasi kemungkinan bukan satu-satunya mekanisme yang mampu membangkitkan medan magnet pada katai putih. Mungkin ada jalur lain, misalnya interaksi biner atau proses yang terjadi jauh lebih awal dalam evolusi bintang, yang turut berperan dalam menghasilkan medan magnet ini.
Katalog ini menambahkan ribuan objek baru ke dalam daftar katai putih yang telah dikenal astronom, sekaligus menyediakan salah satu kumpulan katai putih magnetik terbesar yang pernah disusun dari satu survei tunggal. Namun tim sendiri mengakui bahwa masih banyak yang bisa digali lebih dalam.
Setiap kali sebuah survei baru seperti DESI membuka jendela pengamatan yang lebih luas dan lebih tajam, ternyata masih banyak bintang-bintang mati di sekitar kita yang selama ini belum pernah tercatat sama sekali, menunggu untuk ditemukan dan diberi nama.
Ditulis berdasarkan: Amorim, L. L., Costa Junior, W. N., Kepler, S. O., Medeiros, J. G. L., Koester, D., & Romero, A. D. (2026). White Dwarf Classification of DESI DR1 Spectra. arXiv:2607.00430v1