[Buku Bahasa Indonesia] Cosmos - Carl Sagan

BAB IX : KEHIDUPAN BINTANG-BINTANG

 

"Kami memiliki langit di atas sana, penuh bintik-bintik bintang, dan kami biasa berbaring telentang dan menatap ke atas, serta berdiskusi apakah mereka diciptakan atau hanya terjadi begitu saja."
—Mark Twain, Huckleberry Finn

"Aku memiliki… kebutuhan yang amat besar… bolehkah aku menyebutnya? …akan agama. Lalu aku pergi keluar di malam hari dan melukis bintang-bintang."
—Vincent van Gogh

Distributor pusat penjualan segala alat listrik tenaga surya. Toko online jual listrik tenaga matahari. Produsen Produk solar sel murah.www.tokosolarcell.net . daftar Paket harga penjualan listrik tenaga matahari

Untuk membuat pai apel, Anda membutuhkan gandum, apel, sedikit bumbu ini dan itu, serta panas dari oven. Bahan-bahan itu tersusun dari molekul—gula, misalnya, atau air. Molekul-molekul itu, pada gilirannya, tersusun dari atom—karbon, oksigen, hidrogen, dan beberapa lainnya. Dari mana asal atom-atom ini? Kecuali hidrogen, semuanya dihasilkan di bintang.

Sebuah bintang adalah semacam dapur kosmik, di mana atom hidrogen “dimasak” menjadi atom yang lebih berat. Bintang terbentuk dari gas dan debu antar bintang, yang sebagian besar terdiri dari hidrogen. Tetapi hidrogen itu sendiri terbentuk dari ledakan Besar (Big Bang), ledakan yang memulai jagat raya. Jadi, jika Anda ingin membuat pai apel dari awal benar-benar dari nol, Anda harus menciptakan alam semesta terlebih dahulu.

Bayangkan Anda memotong pai apel menjadi dua, mengambil salah satu potongan itu dan memotongnya lagi menjadi dua, dan begitu seterusnya, dalam semangat Demokritus, sampai Anda mencapai atom tunggal. Berapa banyak potongan yang diperlukan? Jawabannya sekitar sembilan puluh potongan berturut-turut. Tentu, tidak ada pisau yang cukup tajam, pai akan terlalu rapuh, dan atom terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. Namun ada cara untuk memahaminya.

Di Universitas Cambridge di Inggris, dalam 45 tahun sekitar 1910, sifat atom mulai dipahami—sebagian dengan menembakkan bagian-bagian atom ke atom lain dan mengamati bagaimana mereka memantul. Sebuah atom tipikal memiliki semacam awan elektron di bagian luarnya. Elektron bermuatan listrik—seperti namanya—dan muatan itu disebut negatif. Elektron menentukan sifat kimia atom—kilau emas, dinginnya besi, atau struktur kristal berlian karbon.

Di dalam atom, tersembunyi jauh di bawah awan elektron, terdapat inti atom, umumnya terdiri dari proton bermuatan positif dan neutron netral secara listrik. Atom sangat kecil—seratus juta atom yang disusun berjejer akan selebar ujung jari kelingking Anda. Tetapi inti atom seratus ribu kali lebih kecil lagi, yang menjadi alasan mengapa penemuannya memakan waktu lama. Namun sebagian besar massa atom berada di inti; elektron hanyalah awan ringan yang bergerak di sekitarnya. Atom sebagian besar kosong. Materi tersusun terutama dari kekosongan.

Saya tersusun dari atom. Siku saya, yang bertumpu di atas meja, tersusun dari atom. Meja itu sendiri tersusun dari atom. Tetapi jika atom begitu kecil dan kosong, dan inti atom lebih kecil lagi, mengapa meja bisa menahan saya? Mengapa, seperti yang suka ditanyakan Arthur Eddington, inti atom yang membentuk siku saya tidak merayap begitu saja melalui inti atom yang membentuk meja? Mengapa saya tidak jatuh ke lantai? Atau menembus Bumi?

Jawabannya adalah awan elektron. Bagian luar atom di siku saya memiliki muatan listrik negatif. Begitu juga setiap atom di meja. Muatan negatif saling menolak. Siku saya tidak menembus meja karena atom memiliki elektron di sekeliling inti mereka, dan gaya listrik sangat kuat. Kehidupan sehari-hari bergantung pada struktur atom. Jika gaya listrik dihilangkan, semua runtuh menjadi debu halus tak terlihat. Tanpa gaya listrik, tidak akan ada benda di alam semesta—hanya awan elektron, proton, dan neutron yang tersebar, serta bola-bola partikel elementer yang menarik satu sama lain, sisa-sisa dunia tanpa bentuk.

Ketika kita membayangkan memotong pai apel, terus hingga melewati atom tunggal, kita menghadapi ketakterhinggaan yang amat kecil. Dan ketika menatap langit malam, kita menghadapi ketakterhinggaan yang amat besar. Kedua ketakterhinggaan ini menunjukkan regresi tanpa batas, yang berlangsung bukan hanya sangat jauh, tapi selamanya.

Jika Anda berdiri di antara dua cermin—misalnya di tukang cukur—Anda akan melihat banyak bayangan diri Anda, masing-masing pantulan dari yang lain. Anda tidak bisa melihat ketakterhinggaan bayangan, karena cermin tidak sempurna, cahaya tidak bergerak tanpa batas kecepatan, dan Anda berada di tengahnya. Ketika kita berbicara tentang ketakterhinggaan, kita berbicara tentang jumlah yang lebih besar daripada angka manapun, seberapa pun besarnya.

Matematikawan Amerika, Edward Kasner, pernah meminta keponakannya yang berusia sembilan tahun untuk menciptakan nama untuk angka yang sangat besar—sepuluh pangkat seratus (10¹??), satu diikuti oleh seratus nol. Anak itu menamakannya googol. Inilah bentuknya:
10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.

Anda juga bisa menciptakan angka besar sendiri dan memberi nama-nama aneh. Cobalah. Hal ini memiliki pesona tertentu, terutama jika Anda berusia sembilan tahun.

Jika sebuah googol terdengar besar, pertimbangkan googolplex. Angka ini adalah sepuluh pangkat googol—yaitu satu diikuti oleh googol nol. Sebagai perbandingan, jumlah atom dalam tubuh Anda sekitar 10²?, dan jumlah total partikel elementer—proton, neutron, dan elektron—di alam semesta yang dapat diamati sekitar 10??.

Bahkan jika alam semesta dipenuhi padat dengan neutron—misalnya, sehingga tidak ada ruang kosong sama sekali—masih hanya akan ada sekitar 10¹²? partikel di dalamnya. Jumlah ini memang jauh lebih besar dari sebuah googol, tetapi tetap kecil secara trivial jika dibandingkan dengan sebuah googolplex. Dan meskipun angka-angka ini—googol maupun googolplex—sama sekali tidak mendekati konsep ketakterhinggaan. Sebuah googolplex jauh dari tak hingga seperti halnya angka satu. Kita bisa mencoba menuliskan googolplex, tetapi itu adalah ambisi yang sia-sia. Sebuah kertas yang cukup besar untuk menuliskan semua nol dalam sebuah googolplex tidak bisa dimasukkan ke dalam alam semesta yang diketahui.

Untungnya, ada cara yang jauh lebih sederhana dan ringkas untuk menuliskan googolplex: 10¹?¹??; dan bahkan ketakterhinggaan dapat ditulis sebagai ∞ (dibaca “infinity”).

Dalam sebuah pai apel yang gosong, arangnya sebagian besar adalah karbon. Setelah sembilan puluh potongan, Anda akan sampai pada atom karbon, dengan enam proton dan enam neutron di intinya, serta enam elektron di awan luar. Jika kita mengambil sepotong inti—misalnya yang terdiri dari dua proton dan dua neutron—itu bukan lagi inti karbon, tetapi inti helium. Pemotongan atau fisi inti atom seperti ini terjadi pada senjata nuklir maupun pembangkit listrik nuklir konvensional, meskipun biasanya bukan karbon yang dibelah.

Jika Anda membuat potongan ke-91 dari pai apel—memotong inti karbon—yang dihasilkan bukan potongan karbon lebih kecil, tetapi sesuatu yang lain—atom dengan sifat kimia sama sekali berbeda. Dengan memotong atom, kita mengubah unsur.

Tetapi misalkan kita melangkah lebih jauh. Atom tersusun dari proton, neutron, dan elektron. Bisakah kita memotong proton? Jika kita menabrakkan proton dengan energi tinggi menggunakan partikel elementer lain—misalnya proton lain—kita mulai mengintip unit lebih mendasar yang tersembunyi di dalam proton.

Fisika modern mengusulkan bahwa partikel elementer seperti proton dan neutron sebenarnya tersusun dari partikel yang lebih dasar yang disebut quark, yang memiliki berbagai “warna” dan “rasa”, istilah yang digunakan para ilmuwan untuk membuat dunia subnuklir terdengar lebih akrab. Apakah quark adalah konstituen terakhir materi, atau mereka juga tersusun dari partikel yang lebih kecil lagi? Apakah kita akan pernah mencapai batas pemahaman tentang hakikat materi, atau adakah regresi tak hingga menuju partikel yang semakin fundamental? Ini adalah salah satu masalah besar yang belum terselesaikan dalam ilmu pengetahuan.

Transmutasi unsur juga dikejar di laboratorium abad pertengahan dalam sebuah pencarian yang disebut alkimia. Banyak alkemis percaya bahwa semua materi adalah campuran dari empat unsur dasar: air, udara, tanah, dan api—spekulasi kuno bangsa Ionia. Dengan mengubah proporsi tanah dan api, misalnya, mereka percaya bisa mengubah tembaga menjadi emas. Bidang ini dipenuhi penipu dan pesulap, seperti Cagliostro dan Count of Saint-Germain, yang berpura-pura tidak hanya menukar unsur tetapi juga memegang rahasia keabadian. Kadang emas disembunyikan di tongkat dengan dasar palsu, agar muncul seolah-olah ajaib di dalam tungku setelah demonstrasi panjang. Dengan janji kekayaan dan keabadian, bangsawan Eropa rela memberikan sejumlah besar uang kepada praktisi seni yang meragukan ini.

Namun ada alkemis yang lebih serius, seperti Paracelsus dan bahkan Isaac Newton. Uang itu tidak sepenuhnya terbuang—unsur kimia baru seperti fosfor, antimon, dan merkuri ditemukan. Bahkan, asal-usul kimia modern dapat ditelusuri langsung dari eksperimen-eksperimen ini.

Ada 92 jenis atom secara kimiawi berbeda yang terjadi secara alami. Mereka disebut unsur kimia, dan hingga baru-baru ini, menyusun segala sesuatu di planet kita, meski kebanyakan ditemukan tergabung menjadi molekul. Air adalah molekul yang tersusun dari atom hidrogen dan oksigen. Udara sebagian besar terdiri dari atom nitrogen (N), oksigen (O), karbon (C), hidrogen (H), dan argon (Ar), dalam bentuk molekul N?, O?, CO?, H?O, dan Ar. Bumi sendiri adalah campuran kaya atom, terutama silikon, oksigen, aluminium, magnesium, dan besi.

Api bukan tersusun dari unsur kimia sama sekali. Api adalah plasma yang memancarkan cahaya, di mana suhu tinggi telah melepaskan sebagian elektron dari inti atom. Tidak satu pun dari empat “unsur” kuno bangsa Ionia dan alkimia yang, dalam pengertian modern, merupakan unsur: satu adalah molekul, dua adalah campuran molekul, dan yang terakhir adalah plasma.

Sejak zaman alkemis, semakin banyak unsur ditemukan, dengan unsur terbaru cenderung yang paling jarang. Banyak unsur yang kita kenal—yang terutama menyusun Bumi atau yang penting bagi kehidupan. Beberapa berbentuk padat, beberapa gas, dan dua (bromin dan merkuri) cair pada suhu kamar. Para ilmuwan biasanya menyusunnya berdasarkan kompleksitas. Unsur paling sederhana, hidrogen, adalah unsur 1; yang paling kompleks, uranium, adalah unsur 92.

Beberapa unsur kurang dikenal—misalnya hafnium, erbium, dysprosium, dan praseodymium, yang jarang kita temui sehari-hari. Secara umum, semakin dikenal sebuah unsur, semakin melimpah keberadaannya. Bumi mengandung banyak besi dan relatif sedikit itrium. Tentu, ada pengecualian, seperti emas atau uranium, unsur yang dihargai karena konvensi ekonomi atau estetika yang arbitrer, atau karena memiliki aplikasi praktis luar biasa.

Fakta bahwa atom tersusun dari tiga jenis partikel elementer—proton, neutron, dan elektron—adalah temuan yang relatif baru. Neutron baru ditemukan pada tahun 1932. Fisika dan kimia modern telah mengurangi kompleksitas dunia yang kita rasakan menjadi kesederhanaan yang menakjubkan: tiga unit yang disusun dalam berbagai pola pada dasarnya membentuk segala sesuatu.

Seperti telah disebutkan dan sesuai namanya, neutron tidak memiliki muatan listrik. Proton memiliki muatan positif, dan elektron muatan negatif yang sebanding. Tarikan antara muatan yang berbeda inilah yang menjaga atom tetap utuh. Karena setiap atom netral secara listrik, jumlah proton di inti harus sama persis dengan jumlah elektron di awan elektron.

Kimia suatu atom bergantung hanya pada jumlah elektron—yang sama dengan jumlah proton—yang disebut nomor atom. Kimia pada dasarnya adalah angka—gagasan yang pasti disukai Pythagoras. Jika Anda adalah atom dengan satu proton, Anda adalah hidrogen; dua, helium; tiga, lithium; empat, berilium; lima, boron; enam, karbon; tujuh, nitrogen; delapan, oksigen; dan seterusnya, hingga 92 proton, yang berarti Anda adalah uranium.

Muatan sejenis, muatan dengan tanda yang sama, saling menolak dengan kuat. Kita bisa membayangkannya sebagai antipati khusus terhadap sesama sejenis, seperti jika dunia dipenuhi oleh pertapa dan orang-orang yang tidak menyukai sesamanya. Elektron menolak elektron lain; proton menolak proton lain.

Lalu bagaimana inti atom tetap utuh? Mengapa tidak langsung hancur? Karena ada gaya alam lain: bukan gravitasi, bukan listrik, tetapi gaya nuklir jarak pendek, yang seperti sekumpulan pengait yang hanya bekerja saat proton dan neutron sangat dekat, sehingga mengatasi tolakan listrik antar proton. Neutron, yang menyumbang gaya tarik nuklir tanpa tolakan listrik, berfungsi sebagai semen yang menahan inti tetap bersatu. Para pertapa yang ingin menyendiri, akhirnya terikat pada rekan-rekan mereka yang pemarah, ditempatkan di antara mereka yang ramah dan cerewet.

Dua proton dan dua neutron membentuk inti atom helium, yang ternyata sangat stabil. Tiga inti helium membentuk inti karbon; empat, oksigen; lima, neon; enam, magnesium; tujuh, silikon; delapan, sulfur, dan seterusnya. Setiap kali kita menambahkan satu atau lebih proton dan cukup neutron agar inti tetap utuh, kita membentuk unsur kimia baru. Jika kita mengurangi satu proton dan tiga neutron dari merkuri, kita mendapatkan emas, impian para alkemis kuno.

Di luar uranium, terdapat unsur lain yang tidak terjadi secara alami di Bumi. Unsur-unsur ini disintesis oleh manusia dan, dalam banyak kasus, segera terurai. Salah satunya, Unsur 94, disebut plutonium, dan termasuk salah satu zat paling beracun yang diketahui. Sayangnya, ia terurai agak lambat.

Dari mana unsur-unsur alami berasal? Kita bisa membayangkan penciptaan terpisah untuk setiap jenis atom. Namun alam semesta, hampir di mana-mana, 99 persen terdiri dari hidrogen dan helium, dua unsur paling sederhana. Helium, sebenarnya, dideteksi di Matahari sebelum ditemukan di Bumi—oleh karena itu namanya (dari Helios, salah satu dewa matahari Yunani). Apakah unsur kimia lainnya berevolusi dari hidrogen dan helium?

Untuk menyeimbangkan tolakan listrik, potongan materi nuklir harus dibawa sangat dekat agar gaya nuklir jarak pendek dapat bekerja. Ini hanya terjadi pada suhu sangat tinggi, di mana partikel bergerak begitu cepat sehingga tolakan listrik tidak sempat bereaksi—suhu puluhan juta derajat. Dalam alam, suhu dan tekanan setinggi itu hanya umum di inti bintang.

Kita telah mempelajari Matahari, bintang terdekat, dalam berbagai panjang gelombang, dari gelombang radio hingga cahaya tampak biasa hingga sinar-X, yang semuanya berasal hanya dari lapisan terluarnya. Matahari bukan sekadar batu panas-merah, seperti yang dipikirkan Anaxagoras, tetapi bola besar gas hidrogen dan helium, bersinar karena suhu tinggi, seperti besi panas yang memerah di api. Anaxagoras setidaknya sebagian benar.

Badai matahari yang dahsyat menghasilkan flare cemerlang yang mengganggu komunikasi radio di Bumi; serta semburan gas panas yang sangat besar, dipandu oleh medan magnet Matahari, yaitu prominensa matahari, yang ukurannya jauh melebihi Bumi. Bintik matahari, kadang terlihat dengan mata telanjang saat matahari terbenam, adalah wilayah lebih dingin dengan medan magnet lebih kuat. Semua aktivitas bergolak ini terjadi di permukaan tampak yang relatif dingin. Kita hanya bisa melihat hingga suhu sekitar 6.000 derajat. Tapi bagian tersembunyi dalam Matahari, tempat cahaya dihasilkan, bersuhu 40 juta derajat.

Bintang dan planet pengiringnya lahir dari keruntuhan gravitasi awan gas dan debu antarbintang. Tumbukan molekul gas di dalam awan memanaskannya hingga pada titik hidrogen mulai menyatu menjadi helium: empat inti hidrogen bergabung menjadi satu inti helium, disertai pelepasan foton sinar gamma. Foton ini, terserap dan dipancarkan bergantian oleh materi di atasnya, perlahan bergerak ke permukaan bintang, kehilangan energi di setiap langkah, hingga memakan waktu satu juta tahun sampai, sebagai cahaya tampak, mencapai permukaan dan dipancarkan ke ruang angkasa. Bintang telah menyala. Keruntuhan gravitasi awan pra-bintang berhenti. Berat lapisan luar bintang kini ditopang oleh suhu dan tekanan tinggi yang dihasilkan dari reaksi nuklir interior.

Matahari telah berada dalam kondisi stabil seperti ini selama lima miliar tahun. Reaksi termonuklir, seperti pada bom hidrogen, memberi tenaga bagi Matahari dalam ledakan kontinu dan terkendali, mengubah sekitar empat ratus juta ton hidrogen menjadi helium setiap detik (4 × 10¹? gram). Saat kita menatap bintang di malam hari, segala sesuatu yang bersinar adalah hasil fusi nuklir jarak jauh.

Ke arah bintang Deneb, di rasi Cygnus si Angsa, terdapat superbubble raksasa gas panas yang bersinar, mungkin dihasilkan dari ledakan supernova, kematian bintang di pusat gelembung. Di tepinya, materi antarbintang dikompresi oleh gelombang kejut supernova, memicu generasi baru keruntuhan awan dan pembentukan bintang. Dengan cara ini, bintang pun memiliki orang tua; dan sebagaimana terkadang berlaku pada manusia, seorang orang tua dapat “mati” saat melahirkan anak.

Bintang seperti Matahari lahir dalam kelompok, dari kompleks awan padat besar seperti Nebula Orion. Dari luar, awan ini tampak gelap dan suram, tapi di dalamnya bersinar cemerlang oleh bintang baru yang panas. Nanti, bintang-bintang akan meninggalkan “tempat kelahiran” mereka, mencari nasib di Galaksi Bima Sakti, bintang remaja yang masih dikelilingi nebula bersinar, sisa-sisa gas amniotik yang masih melekat secara gravitasi. Pleiades adalah contoh terdekat. Seperti keluarga manusia, bintang yang matang akan menempuh perjalanan jauh dari rumah, dan saudara-saudaranya jarang bertemu.

Di suatu tempat di Galaksi, mungkin ada puluhan bintang yang merupakan saudara Matahari, terbentuk dari kompleks awan yang sama sekitar 5 miliar tahun lalu. Tapi kita tidak tahu bintang-bintang mana mereka; mungkin mereka ada di sisi lain Bima Sakti.

Konversi hidrogen menjadi helium di inti Matahari tidak hanya menjelaskan cahaya Matahari dalam bentuk foton tampak, tapi juga menghasilkan radiasi lebih misterius:
Matahari bersinar lemah dalam neutrino, yang, seperti foton, tidak berbobot dan bergerak dengan kecepatan cahaya. Tapi neutrino bukan foton. Mereka bukan cahaya. Neutrino, seperti proton, elektron, dan neutron, memiliki momentum angular intrinsik atau spin, sementara foton tidak memiliki spin sama sekali. Materi transparan terhadap neutrino, yang melewati Bumi dan Matahari hampir tanpa hambatan. Hanya sebagian kecil yang dihentikan oleh materi perantara.

Saat saya menatap Matahari selama satu detik, segelintir miliar neutrino melewati bola mata saya. Tentu saja, mereka tidak tertahan di retina seperti foton biasa, tapi terus melewati kepala saya. Yang menarik, jika malam hari saya menatap ke tempat Matahari seharusnya berada (andaikan Bumi tidak menghalangi), jumlah neutrino Matahari yang sama persis melewati bola mata saya, meski melalui Bumi yang transparan terhadap neutrino seperti kaca bening bagi cahaya tampak.

Jika pengetahuan kita tentang interior Matahari lengkap, dan kita juga memahami fisika nuklir yang menghasilkan neutrino, kita seharusnya bisa menghitung dengan akurat berapa banyak neutrino Matahari yang seharusnya melewati area tertentu—misalnya bola mata saya—dalam satuan waktu tertentu—misalnya satu detik.

Konfirmasi eksperimental jauh lebih sulit. Karena neutrino melewati Bumi secara langsung, kita tidak bisa menangkap satu neutrino saja. Namun dari jumlah besar neutrino, sebagian kecil akan berinteraksi dengan materi dan, dalam kondisi yang tepat, bisa dideteksi. Neutrino kadang-kadang mengubah atom klorin menjadi argon, dengan jumlah proton dan neutron tetap sama.

Untuk mendeteksi flux neutrino Matahari yang diprediksi, dibutuhkan jumlah klorin yang sangat besar, sehingga fisikawan Amerika menuangkan banyak cairan pembersih ke dalam Tambang Homestake di Lead, South Dakota. Klorin kemudian diperiksa secara mikro untuk argon baru yang terbentuk. Semakin banyak argon yang ditemukan, semakin banyak neutrino yang bisa disimpulkan.

Eksperimen ini menunjukkan bahwa Matahari lebih redup dalam neutrino dibandingkan prediksi perhitungan.

Di sini terdapat suatu misteri yang nyata dan hingga kini belum terpecahkan. Rendahnya fluks neutrino Matahari barangkali tidak menggoyahkan pandangan kita tentang nukleosintesis bintang, tetapi jelas mengisyaratkan sesuatu yang penting. Berbagai penjelasan telah diajukan, mulai dari hipotesis bahwa neutrino hancur berkeping-keping selama perjalanannya antara Matahari dan Bumi hingga gagasan bahwa api nuklir di bagian dalam Matahari untuk sementara meredup, sementara cahaya Matahari pada masa kita sebagian dihasilkan oleh kontraksi gravitasi yang berlangsung perlahan. Namun astronomi neutrino masih sangat baru. Untuk saat ini kita hanya dapat terpukau karena telah menciptakan suatu alat yang mampu menatap langsung ke jantung Matahari yang menyala-nyala. Ketika kepekaan teleskop neutrino semakin meningkat, mungkin kelak kita akan dapat menyelidiki proses fusi nuklir di kedalaman bagian dalam bintang-bintang yang dekat dengan kita.

Namun fusi hidrogen tidak dapat berlangsung selamanya: di Matahari ataupun pada bintang mana pun, persediaan bahan bakar hidrogen di bagian dalamnya yang panas hanya terbatas. Nasib sebuah bintang, akhir dari siklus kehidupannya, sangat ditentukan oleh massa awalnya. Jika, setelah kehilangan sebagian materinya ke ruang angkasa, sebuah bintang masih mempertahankan massa dua atau tiga kali massa Matahari, maka ia akan mengakhiri siklus hidupnya dengan cara yang sangat berbeda dari Matahari. Meski demikian, nasib Matahari sendiri cukup menakjubkan. Ketika seluruh hidrogen di pusatnya telah bereaksi membentuk helium, sekitar lima atau enam miliar tahun dari sekarang, zona fusi hidrogen akan perlahan-lahan bermigrasi ke luar, menjadi selubung reaksi termonuklir yang terus mengembang, hingga mencapai wilayah yang suhunya kurang dari sekitar sepuluh juta derajat. Pada saat itu fusi hidrogen akan terhenti dengan sendirinya. Sementara itu, gravitasi diri Matahari akan memaksa inti yang kaya helium kembali berkontraksi, disertai kenaikan lebih lanjut suhu dan tekanan di bagian dalamnya. Inti-inti helium akan dipadatkan semakin rapat, sedemikian rupa sehingga mereka mulai saling melekat, kait-kait gaya nuklir jarak pendek mereka mulai bekerja meskipun terdapat tolak-menolak listrik di antara mereka. Abu pembakaran akan berubah menjadi bahan bakar, dan Matahari akan dipicu memasuki putaran kedua reaksi fusi.

Proses ini akan menghasilkan unsur karbon dan oksigen serta menyediakan tambahan energi yang memungkinkan Matahari terus bersinar untuk waktu yang terbatas. Sebuah bintang adalah seekor phoenix, ditakdirkan bangkit untuk sementara dari abunya sendiri. Di bawah pengaruh gabungan fusi hidrogen dalam selubung tipis yang jauh dari bagian dalam Matahari dan fusi helium bersuhu tinggi di intinya, Matahari akan mengalami perubahan besar: bagian luarnya akan mengembang dan mendingin. Matahari akan berubah menjadi bintang raksasa merah, dengan permukaan tampaknya begitu jauh dari bagian dalamnya sehingga gravitasi di permukaannya melemah, sementara atmosfernya mengembang ke ruang angkasa dalam semacam badai bintang. Ketika Matahari, kemerah-merahan dan membengkak, menjadi raksasa merah, ia akan menyelubungi dan menelan planet Merkurius dan Venus—dan kemungkinan besar juga Bumi. Tata Surya bagian dalam pada saat itu akan berada di dalam Matahari.

Miliaran tahun dari sekarang, akan tiba hari terakhir yang sempurna di Bumi. Setelah itu Matahari perlahan-lahan akan memerah dan membesar, mengawasi sebuah Bumi yang membara bahkan di wilayah kutub. Tudung es Arktik dan Antarktika akan mencair, menenggelamkan garis pantai dunia. Suhu samudra yang tinggi akan melepaskan lebih banyak uap air ke atmosfer, meningkatkan pembentukan awan, yang akan menahan sebagian cahaya Matahari dan menunda akhir itu sedikit lebih lama. Namun evolusi Matahari tak dapat dielakkan. Pada akhirnya samudra akan mendidih, atmosfer akan menguap ke ruang angkasa, dan suatu bencana dengan skala yang hampir tak terbayangkan akan menimpa planet kita. Sementara itu, umat manusia hampir pasti telah berevolusi menjadi sesuatu yang sangat berbeda. Barangkali keturunan kita akan mampu mengendalikan atau setidaknya memoderasi evolusi bintang. Atau mungkin mereka sekadar akan berkemas dan pergi ke Mars atau Europa atau Titan, atau pada akhirnya—seperti yang pernah dibayangkan Robert Goddard—mencari sebuah planet tak berpenghuni di suatu sistem keplanetan yang muda dan menjanjikan.

Abu bintang Matahari hanya dapat digunakan kembali sebagai bahan bakar sampai batas tertentu. Pada akhirnya akan tiba saat ketika bagian dalam Matahari seluruhnya terdiri atas karbon dan oksigen, ketika pada suhu dan tekanan yang berlaku tidak ada lagi reaksi nuklir yang dapat berlangsung. Setelah helium di pusatnya hampir seluruhnya habis, bagian dalam Matahari akan melanjutkan keruntuhan yang sebelumnya tertunda; suhu akan kembali meningkat, memicu putaran terakhir reaksi nuklir dan sedikit memperluas atmosfer Matahari. Dalam sakaratul mautnya, Matahari perlahan akan berdenyut, mengembang dan mengerut sekali setiap beberapa milenia, hingga akhirnya memuntahkan atmosfernya ke ruang angkasa dalam satu atau lebih selubung gas konsentris. Bagian dalam Matahari yang panas dan tersingkap akan membanjiri selubung itu dengan cahaya ultraviolet, memunculkan pendar merah dan biru yang indah yang membentang melampaui orbit Pluto. Barangkali sekitar setengah massa Matahari akan hilang dengan cara ini. Tata Surya kemudian akan dipenuhi oleh cahaya ganjil yang menyeramkan—hantu Matahari yang melayang menjauh.

Ketika kita memandang sekeliling di sudut kecil Bima Sakti tempat kita berada, kita melihat banyak bintang yang dikelilingi oleh selubung gas bercahaya berbentuk bola, yang disebut nebula planet. (Nebula ini sama sekali tidak berkaitan dengan planet; hanya saja sebagian di antaranya, dalam teleskop yang kurang baik, tampak menyerupai cakram biru kehijauan Uranus dan Neptunus.) Mereka tampak seperti cincin hanya karena, sebagaimana gelembung sabun, kita melihat lebih banyak bagian tepinya daripada pusatnya. Setiap nebula planet merupakan tanda sebuah bintang yang sedang berada di ambang kematian. Di dekat bintang pusatnya mungkin terdapat rombongan dunia-dunia mati—sisa-sisa planet yang dahulu mungkin penuh kehidupan dan kini tanpa udara serta tanpa samudra, bermandikan cahaya redup yang bagai bayangan arwah. Sisa Matahari, yaitu inti Matahari yang tersingkap dan pada awalnya masih diselubungi nebula planetnya, akan menjadi sebuah bintang kecil yang panas, mendingin ke ruang angkasa, runtuh hingga mencapai kerapatan yang tak pernah dikenal di Bumi—lebih dari satu ton dalam setiap sendok teh. Miliaran tahun kemudian Matahari akan menjadi katai putih degenerat, mendingin seperti semua titik cahaya yang kita lihat di pusat nebula planet, dari suhu permukaan yang tinggi menuju keadaan akhirnya: katai hitam yang gelap dan mati.

Dua bintang dengan massa yang kira-kira sama akan berevolusi secara hampir sejajar. Namun bintang yang lebih masif akan menghabiskan bahan bakar nuklirnya lebih cepat, menjadi raksasa merah lebih awal, dan lebih dahulu memasuki kemunduran terakhir sebagai katai putih. Karena itu seharusnya—dan memang ada—banyak pasangan bintang biner yang salah satu komponennya merupakan raksasa merah, sementara yang lain adalah katai putih. Beberapa pasangan seperti ini begitu berdekatan sehingga hampir bersentuhan; atmosfer bintang yang bercahaya mengalir dari raksasa merah yang mengembang menuju katai putih yang padat, cenderung jatuh pada suatu wilayah tertentu di permukaan katai putih tersebut. Hidrogen itu menumpuk, dipadatkan oleh gravitasi kuat katai putih hingga mencapai tekanan dan suhu yang semakin tinggi, sampai akhirnya atmosfer yang “dicuri” dari raksasa merah itu mengalami reaksi termonuklir, dan katai putih pun sejenak menyala dengan kilau luar biasa. Sistem biner semacam ini disebut nova dan memiliki asal-usul yang sangat berbeda dari supernova. Nova hanya terjadi dalam sistem biner dan digerakkan oleh fusi hidrogen; sedangkan supernova terjadi pada bintang tunggal dan digerakkan oleh fusi silikon.

Atom-atom yang disintesis di bagian dalam bintang lazimnya dikembalikan ke gas antarbintang. Raksasa merah kehilangan atmosfer luarnya yang terhembus ke ruang angkasa; nebula planet merupakan tahap akhir bintang-bintang yang mirip Matahari ketika mereka memuntahkan lapisan luarnya. Supernova dengan dahsyat melemparkan sebagian besar massa bintangnya ke ruang angkasa. Atom-atom yang dikembalikan itu secara alami adalah yang paling mudah terbentuk dalam reaksi termonuklir di bagian dalam bintang: hidrogen berfusi menjadi helium, helium menjadi karbon, karbon menjadi oksigen, dan selanjutnya pada bintang-bintang masif, melalui penambahan berturut-turut inti helium, terbentuklah neon, magnesium, silikon, sulfur, dan seterusnya—penambahan tahap demi tahap, dua proton dan dua neutron pada setiap tahap, hingga mencapai besi. Fusi langsung silikon juga menghasilkan besi: sepasang atom silikon, masing-masing dengan dua puluh delapan proton dan neutron, bergabung pada suhu miliaran derajat untuk membentuk sebuah atom besi dengan lima puluh enam proton dan neutron.

Semua ini adalah unsur-unsur kimia yang akrab bagi kita. Kita mengenali nama-namanya. Reaksi nuklir bintang semacam itu tidak dengan mudah menghasilkan erbium, hafnium, disprosium, praseodimium, atau yttrium, melainkan unsur-unsur yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari—unsur-unsur yang dikembalikan ke gas antarbintang, lalu tersapu ke dalam generasi berikutnya dari keruntuhan awan, pembentukan bintang, dan pembentukan planet. Semua unsur di Bumi, kecuali hidrogen dan sebagian helium, telah “dimasak” oleh semacam alkimia bintang miliaran tahun yang lalu di dalam bintang-bintang, beberapa di antaranya kini hanya tampak sebagai katai putih yang samar di sisi lain Galaksi Bima Sakti. Nitrogen dalam DNA kita, kalsium dalam gigi kita, besi dalam darah kita, karbon dalam pai apel kita—semuanya terbentuk di bagian dalam bintang yang runtuh. Kita terbuat dari bahan bintang.

Sebagian unsur yang lebih langka dihasilkan dalam ledakan supernova itu sendiri. Kita memiliki emas dan uranium dalam jumlah yang relatif melimpah di Bumi hanya karena banyak ledakan supernova terjadi sesaat sebelum tata surya terbentuk. Sistem-sistem planet lain mungkin memiliki jumlah unsur-unsur langka yang sedikit berbeda dari milik kita. Adakah planet di mana para penghuninya dengan bangga memamerkan liontin niobium dan gelang protaktinium, sementara emas hanyalah keingintahuan laboratorium? Akankah kehidupan kita menjadi lebih baik jika emas dan uranium sama samar dan tak pentingnya di Bumi seperti praseodimium?

Asal-usul dan evolusi kehidupan terhubung dengan cara yang paling intim dengan asal-usul dan evolusi bintang-bintang. Pertama: materi yang menyusun diri kita—atom-atom yang memungkinkan kehidupan—telah dihasilkan lama sekali dan sangat jauh di dalam bintang raksasa merah. Kelimpahan relatif unsur-unsur kimia yang ditemukan di kosmos begitu selaras dengan kelimpahan relatif atom-atom yang dihasilkan di dalam bintang sehingga hampir tidak menyisakan keraguan bahwa raksasa merah dan supernova adalah tungku dan wadah peleburan tempat materi ditempa. Matahari adalah bintang generasi kedua atau ketiga. Seluruh materi di dalamnya, seluruh materi yang Anda lihat di sekeliling Anda, telah melalui satu atau dua siklus alkimia bintang sebelumnya. Kedua: keberadaan jenis-jenis atom berat tertentu di Bumi menunjukkan bahwa pernah terjadi ledakan supernova di dekat sini sesaat sebelum tata surya terbentuk. Namun hal ini tampaknya bukan sekadar kebetulan; lebih mungkin gelombang kejut yang dihasilkan supernova itu memampatkan gas dan debu antarbintang dan memicu pengembunan tata surya. Ketiga: ketika Matahari mulai menyala, radiasi ultravioletnya membanjiri atmosfer Bumi; kehangatannya memicu kilat; dan sumber-sumber energi ini memercikkan terbentuknya molekul-molekul organik kompleks yang akhirnya mengarah pada asal-usul kehidupan. Keempat: kehidupan di Bumi hampir sepenuhnya berjalan dengan tenaga cahaya Matahari. Tumbuhan mengumpulkan foton dan mengubah energi Matahari menjadi energi kimia. Hewan bergantung pada tumbuhan. Pertanian pada hakikatnya hanyalah panen cahaya Matahari yang dilakukan secara sistematis, dengan tumbuhan sebagai perantara yang enggan. Hampir semua dari kita digerakkan oleh tenaga Matahari. Akhirnya, perubahan-perubahan hereditas yang disebut mutasi menyediakan bahan mentah bagi evolusi. Mutasi—dari mana alam menyeleksi persediaan bentuk-bentuk kehidupan baru—sebagian dihasilkan oleh sinar kosmik, partikel berenergi tinggi yang terlempar hampir dengan kecepatan cahaya dalam ledakan supernova. Evolusi kehidupan di Bumi sebagian digerakkan oleh kematian spektakuler matahari-matahari raksasa yang jauh.

Bayangkan Anda membawa pencacah Geiger dan sebongkah bijih uranium ke suatu tempat jauh di bawah permukaan Bumi—misalnya sebuah tambang emas, atau terowongan lava, sebuah gua yang terukir oleh aliran batuan cair. Pencacah yang peka itu akan berbunyi klik ketika terpapar sinar gamma atau partikel bermuatan berenergi tinggi seperti proton dan inti helium. Jika kita mendekatkannya pada bijih uranium, yang memancarkan inti helium melalui peluruhan nuklir spontan, laju hitungan—jumlah klik per menit—akan meningkat secara drastis. Jika bijih uranium itu kita masukkan ke dalam wadah timbal yang tebal, laju hitungan akan menurun secara berarti; timbal tersebut menyerap radiasi uranium. Namun beberapa bunyi klik masih dapat terdengar. Dari sisa hitungan itu, sebagian berasal dari radioaktivitas alami pada dinding gua. Tetapi jumlah kliknya masih lebih banyak daripada yang dapat dijelaskan oleh radioaktivitas semata. Sebagian di antaranya disebabkan oleh partikel bermuatan berenergi tinggi yang menembus atap gua. Kita sedang “mendengarkan” sinar kosmik, yang dihasilkan pada masa lain di kedalaman ruang angkasa.

Sinar kosmik, terutama elektron dan proton, telah membombardir Bumi sepanjang seluruh sejarah kehidupan di planet kita. Sebuah bintang menghancurkan dirinya ribuan tahun cahaya jauhnya dan menghasilkan sinar kosmik yang berpilin melalui Galaksi Bima Sakti selama jutaan tahun hingga, secara kebetulan, sebagian di antaranya menghantam Bumi—dan materi keturunan kita. Mungkin beberapa langkah penting dalam perkembangan kode genetik, atau ledakan kehidupan pada zaman Kambrium, atau postur berjalan tegak pada nenek moyang kita dipicu oleh sinar kosmik.

Pada tanggal 4 Juli tahun 1054, para astronom Tiongkok mencatat apa yang mereka sebut sebagai “bintang tamu” di rasi Taurus, Sang Banteng. Sebuah bintang yang belum pernah terlihat sebelumnya tiba-tiba menjadi lebih terang daripada bintang mana pun di langit. Di separuh dunia yang lain, di wilayah barat daya Amerika, terdapat suatu kebudayaan tinggi yang kaya tradisi astronomi dan juga menyaksikan bintang baru yang cemerlang ini. Dari penanggalan karbon-14 terhadap sisa-sisa arang api unggun, kita mengetahui bahwa pada pertengahan abad kesebelas beberapa orang Anasazi—leluhur orang Hopi masa kini—tinggal di bawah ceruk batu di tempat yang sekarang disebut New Mexico. Salah seorang di antara mereka tampaknya menggambar pada dinding ceruk batu itu, yang terlindung dari cuaca, sebuah gambar bintang baru tersebut. Posisi bintang itu relatif terhadap bulan sabit tepat seperti yang digambarkan. Terdapat pula sebuah cap tangan, mungkin tanda tangan sang seniman.

Bintang yang luar biasa ini, berjarak sekitar 5.000 tahun cahaya, kini disebut Supernova Kepiting, karena seorang astronom berabad-abad kemudian entah mengapa teringat pada seekor kepiting ketika memandang sisa-sisa ledakan itu melalui teleskopnya. Nebula Kepiting merupakan sisa sebuah bintang masif yang meledakkan dirinya sendiri. Ledakan itu dapat disaksikan di Bumi dengan mata telanjang selama tiga bulan. Begitu terang hingga terlihat jelas bahkan di siang hari; pada malam hari orang dapat membaca dengan cahayanya. Rata-rata, sebuah supernova terjadi dalam suatu galaksi sekitar sekali setiap abad. Selama masa hidup sebuah galaksi biasa—sekitar sepuluh miliar tahun—sekitar seratus juta bintang akan meledak: jumlah yang sangat besar, namun tetap hanya sekitar satu bintang dari seribu. Di Galaksi Bima Sakti, setelah peristiwa tahun 1054, sebuah supernova lagi diamati pada tahun 1572 dan dideskripsikan oleh Tycho Brahe, dan satu lagi tidak lama kemudian, pada tahun 1604, dideskripsikan oleh Johannes Kepler. Sayangnya, sejak ditemukannya teleskop, tidak ada lagi ledakan supernova yang teramati di galaksi kita, dan para astronom telah menantikan peristiwa semacam itu dengan penuh kegelisahan selama beberapa abad.

Supernova kini secara rutin diamati di galaksi-galaksi lain. Di antara calon kalimat yang menurut saya akan paling mencengangkan seorang astronom pada awal tahun 1900-an adalah yang berikut ini, dari sebuah makalah oleh David Helfand dan Knox Long dalam jurnal Inggris Nature edisi 6 Desember 1979: “Pada 5 Maret 1979, suatu semburan yang amat intens dari sinar-X keras dan sinar gamma direkam oleh sembilan wahana antariksa antarkehidupan dari jaringan sensor semburan, dan dilokalisasi melalui penentuan waktu tempuh ke suatu posisi yang bertepatan dengan sisa supernova N49 di Awan Magellan Besar.” (Awan Magellan Besar—disebut demikian karena penghuni pertama Belahan Bumi Utara yang mencatat keberadaannya adalah Magellan—merupakan galaksi satelit kecil Bima Sakti yang berjarak sekitar 180.000 tahun cahaya. Ada pula, sebagaimana dapat diduga, Awan Magellan Kecil.) Namun, dalam edisi Nature yang sama, E. P. Mazets dan rekan-rekannya dari Institut Ioffe di Leningrad—yang mengamati sumber ini dengan detektor semburan sinar gamma di wahana Venera 11 dan 12 dalam perjalanan mereka untuk mendarat di Venus—berpendapat bahwa yang sebenarnya terlihat adalah sebuah pulsar yang sedang menyala, hanya beberapa ratus tahun cahaya jauhnya. Meski demikian, walaupun terdapat kesesuaian posisi yang sangat dekat, Helfand dan Long tidak bersikeras bahwa ledakan sinar gamma itu berkaitan dengan sisa supernova tersebut. Dengan sikap terbuka mereka mempertimbangkan berbagai kemungkinan lain, termasuk kemungkinan mengejutkan bahwa sumbernya berada di dalam tata surya. Mungkin saja itu adalah semburan gas buang sebuah kapal bintang makhluk asing dalam perjalanan panjang pulang ke rumah. Namun kebangkitan kembali api bintang di N49 merupakan hipotesis yang lebih sederhana: kita tahu pasti bahwa supernova memang ada.

Nasib tata surya bagian dalam ketika Matahari berubah menjadi raksasa merah sudah cukup suram. Namun setidaknya planet-planet itu tidak akan pernah dilelehkan dan hangus oleh letusan supernova. Nasib semacam itu diperuntukkan bagi planet-planet yang mengitari bintang yang lebih masif daripada Matahari. Karena bintang-bintang semacam itu—dengan suhu dan tekanan yang lebih tinggi—dengan cepat menghabiskan cadangan bahan bakar nuklirnya, umur mereka jauh lebih pendek daripada Matahari. Sebuah bintang yang massanya puluhan kali massa Matahari hanya dapat secara stabil mengubah hidrogen menjadi helium selama beberapa juta tahun sebelum secara singkat beralih pada reaksi-reaksi nuklir yang lebih eksotis. Karena itu hampir pasti tidak ada cukup waktu bagi evolusi bentuk kehidupan tingkat lanjut pada planet-planet yang mungkin mengiringinya; dan akan jarang sekali makhluk di tempat lain dapat mengetahui bahwa bintang mereka kelak akan menjadi supernova: jika mereka hidup cukup lama untuk memahami supernova, bintang mereka kemungkinan besar tidak akan menjadi salah satunya.

Tahap pendahuluan yang esensial bagi ledakan supernova adalah terbentuknya inti besi yang sangat masif melalui fusi silikon. Di bawah tekanan yang luar biasa besar, elektron bebas di bagian dalam bintang dipaksa menyatu dengan proton dalam inti besi, muatan listrik yang sama besar namun berlawanan itu saling meniadakan; bagian dalam bintang berubah menjadi satu inti atom raksasa tunggal, yang menempati volume jauh lebih kecil daripada elektron dan inti besi sebelumnya. Inti itu runtuh ke dalam secara dahsyat, lapisan luarnya memantul kembali, dan terjadilah ledakan supernova. Sebuah supernova dapat lebih terang daripada gabungan cahaya semua bintang lain dalam galaksi tempat ia berada. Semua bintang raksasa biru-putih yang baru terbentuk di rasi Orion itu dalam beberapa juta tahun ke depan ditakdirkan menjadi supernova—suatu kembang api kosmik yang terus berlanjut di rasi sang pemburu.

Ledakan supernova yang menggetarkan ini melemparkan ke ruang angkasa sebagian besar materi bintang asalnya—sedikit sisa hidrogen dan helium serta sejumlah besar atom lain: karbon dan silikon, besi dan uranium. Yang tersisa adalah inti neutron yang panas, terikat bersama oleh gaya nuklir—sebuah inti atom raksasa tunggal dengan berat atom sekitar 10??, sebuah “matahari” berdiameter sekitar tiga puluh kilometer; fragmen bintang yang kecil, menyusut, sangat rapat, dan layu: sebuah bintang neutron yang berputar sangat cepat. Ketika inti sebuah raksasa merah masif runtuh membentuk bintang neutron semacam ini, ia berputar semakin cepat. Bintang neutron di pusat Nebula Kepiting adalah sebuah inti atom raksasa, kira-kira seukuran Manhattan, yang berputar tiga puluh kali setiap detik. Medan magnetnya yang sangat kuat—yang diperkuat selama proses keruntuhan—menjebak partikel bermuatan sebagaimana medan magnet Jupiter yang jauh lebih kecil melakukannya. Elektron dalam medan magnet yang berputar itu memancarkan radiasi terpancar bukan hanya pada frekuensi radio tetapi juga dalam cahaya tampak. Jika Bumi kebetulan berada dalam berkas cahaya mercusuar kosmik ini, kita akan melihatnya berkilat sekali pada setiap putaran. Inilah sebabnya ia disebut pulsar. Berkedip dan berdetak seperti metronom kosmik, pulsar menjaga waktu jauh lebih tepat daripada jam biasa yang paling akurat. Pengukuran jangka panjang terhadap laju pulsa radio beberapa pulsar—misalnya yang disebut PSR 0329 + 54—menunjukkan bahwa objek-objek ini mungkin memiliki satu atau lebih pendamping planet kecil. Barangkali dapat dibayangkan bahwa sebuah planet mampu bertahan melalui evolusi sebuah bintang hingga menjadi pulsar; atau planet itu dapat tertangkap pada waktu kemudian. Saya membayangkan bagaimana rupa langit dari permukaan planet semacam itu.

Materi bintang neutron memiliki berat kira-kira sebesar sebuah gunung biasa untuk setiap sendok teh—begitu besar sehingga jika Anda memiliki sepotong darinya lalu melepaskannya (dan hampir mustahil melakukan sebaliknya), benda itu mungkin akan menembus Bumi dengan mudah seperti batu jatuh menembus udara, melubangi planet kita sepenuhnya dan muncul kembali di sisi yang lain—mungkin di Tiongkok. Orang-orang di sana mungkin sedang berjalan santai, mengurus urusan mereka masing-masing, ketika sebongkah kecil materi bintang neutron tiba-tiba meloncat keluar dari tanah, melayang sejenak, lalu kembali menyusup ke bawah Bumi—setidaknya memberikan sedikit hiburan dari rutinitas sehari-hari. Jika sepotong materi bintang neutron dijatuhkan dari ruang angkasa di dekat Bumi, sementara Bumi berputar di bawahnya ketika ia jatuh, benda itu akan berulang kali menembus Bumi yang berputar, meninju ratusan ribu lubang sebelum gesekan dengan bagian dalam planet kita menghentikan gerakannya. Sebelum akhirnya berhenti di pusat Bumi, bagian dalam planet kita mungkin akan sejenak tampak seperti keju Swiss hingga aliran batuan dan logam di bawah tanah menutup kembali luka-luka itu. Untunglah bongkahan besar materi bintang neutron tidak diketahui terdapat di Bumi. Namun bongkahan kecilnya ada di mana-mana. Kekuatan dahsyat bintang neutron bersembunyi di dalam inti setiap atom, tersembunyi dalam setiap cangkir teh dan tikus dormouse, setiap hembusan udara, setiap pai apel. Bintang neutron mengajarkan kita untuk menghormati hal-hal yang tampak biasa.

Sebuah bintang seperti Matahari akan mengakhiri hari-harinya, sebagaimana telah kita lihat, sebagai raksasa merah dan kemudian sebagai katai putih. Sebuah bintang yang runtuh dengan massa dua kali massa Matahari akan menjadi supernova dan kemudian menjadi bintang neutron. Tetapi sebuah bintang yang lebih masif lagi—yang setelah fase supernovanya masih memiliki, katakanlah, lima kali massa Matahari—memiliki nasib yang bahkan lebih menakjubkan: gravitasinya akan mengubahnya menjadi lubang hitam. Bayangkan kita memiliki sebuah mesin gravitasi ajaib—suatu alat yang memungkinkan kita mengendalikan gravitasi Bumi, mungkin dengan memutar sebuah kenop. Pada awalnya kenop itu diatur pada 1 g, dan segala sesuatu berperilaku sebagaimana yang kita kenal selama ini. Hewan dan tumbuhan di Bumi serta struktur bangunan kita semuanya berevolusi atau dirancang untuk kondisi 1 g. Jika gravitasinya jauh lebih kecil, mungkin akan ada bentuk-bentuk yang tinggi dan ramping yang tidak akan roboh atau hancur oleh beratnya sendiri. Jika gravitasinya jauh lebih besar, tumbuhan, hewan, dan arsitektur harus pendek, kekar, dan kokoh agar tidak runtuh. Namun bahkan dalam medan gravitasi yang cukup kuat sekalipun, cahaya tetap akan merambat dalam garis lurus, sebagaimana memang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Bayangkan sekelompok makhluk Bumi yang mungkin cukup khas sedang menghadiri pesta teh dari Alice in Wonderland. Ketika kita menurunkan gravitasi, segala sesuatu menjadi lebih ringan. Mendekati 0 g, gerakan sekecil apa pun membuat teman-teman kita melayang dan berputar di udara. Teh yang tumpah—atau cairan apa pun—membentuk gumpalan-gumpalan bulat yang berdenyut di udara: tegangan permukaan cairan mengalahkan gravitasi. Bola-bola teh ada di mana-mana. Jika sekarang kita memutar kenop kembali ke 1 g, kita akan menciptakan hujan teh. Ketika kita meningkatkan gravitasi sedikit—dari 1 g menjadi, katakanlah, 3 atau 4 g—semua orang menjadi hampir tak dapat bergerak: bahkan menggerakkan sebuah kaki membutuhkan usaha yang luar biasa. Sebagai suatu kebaikan, kita memindahkan teman-teman kita dari wilayah mesin gravitasi itu sebelum kita menaikkan gravitasi lebih tinggi lagi. Berkas cahaya dari sebuah lentera bergerak dalam garis lurus sempurna (sejauh yang dapat kita lihat) pada beberapa g, sebagaimana pada 0 g.

Pada 1000 g, berkas cahaya masih lurus, tetapi pepohonan telah terhimpit dan tergepengkan; pada 100.000 g, batu-batu hancur oleh beratnya sendiri. Pada akhirnya, tak ada lagi yang dapat bertahan kecuali—melalui semacam dispensasi istimewa—kucing Cheshire. Ketika gravitasi mendekati satu miliar g, sesuatu yang lebih aneh lagi terjadi. Berkas cahaya yang hingga kini bergerak lurus ke atas menuju langit mulai membengkok. Di bawah percepatan gravitasi yang sangat kuat, bahkan cahaya pun terpengaruh. Jika kita meningkatkan gravitasi lebih jauh lagi, cahaya itu akan tertarik kembali ke tanah di dekat kita. Kini kucing Cheshire kosmik telah lenyap; yang tersisa hanyalah senyum gravitasinya.

Ketika gravitasi cukup tinggi, tidak ada apa pun—bahkan cahaya—yang dapat keluar. Tempat semacam itu disebut lubang hitam. Dengan sikap misterius yang seakan acuh terhadap sekelilingnya, ia merupakan semacam kucing Cheshire kosmik. Ketika kerapatan dan gravitasi menjadi cukup besar, lubang hitam itu seakan berkedip dan lenyap dari alam semesta kita. Itulah sebabnya ia disebut “hitam”: tidak ada cahaya yang dapat lolos darinya. Di bagian dalamnya, karena cahaya terperangkap di sana, segala sesuatu mungkin justru terang benderang. Meskipun lubang hitam tak terlihat dari luar, kehadiran gravitasinya dapat terasa nyata. Jika dalam suatu perjalanan antarbintang Anda lengah, Anda dapat terseret ke dalamnya tanpa dapat kembali, tubuh Anda diregangkan secara tidak menyenangkan menjadi benang panjang yang tipis. Namun materi yang berakresi membentuk cakram di sekeliling lubang hitam akan menjadi pemandangan yang patut dikenang—dalam kemungkinan kecil Anda selamat dari perjalanan itu.

Reaksi termonuklir di bagian dalam Matahari menopang lapisan luarnya dan menunda selama miliaran tahun keruntuhan gravitasi yang dahsyat. Pada katai putih, tekanan elektron yang terlepas dari inti atomnya menopang bintang itu. Pada bintang neutron, tekanan neutron menahan gravitasi. Tetapi bagi bintang tua yang tersisa setelah ledakan supernova dan berbagai gejolak lainnya dengan massa lebih dari beberapa kali massa Matahari, tidak ada gaya yang diketahui mampu mencegah keruntuhan. Bintang itu menyusut secara luar biasa, berputar, memerah, lalu menghilang. Sebuah bintang dengan massa dua puluh kali massa Matahari akan menyusut hingga ukurannya kira-kira sebesar wilayah metropolitan Los Angeles; gravitasi penghancurnya mencapai 10¹? g, dan bintang itu meluncur melalui retakan yang diciptakannya sendiri dalam kontinuitas ruang-waktu dan lenyap dari alam semesta kita.

Lubang hitam pertama kali dipikirkan oleh astronom Inggris John Mitchell pada tahun 1783. Namun gagasan itu tampak begitu aneh sehingga pada umumnya diabaikan hingga baru-baru ini. Kemudian, yang mengejutkan banyak orang—termasuk banyak astronom—bukti mengenai keberadaan lubang hitam di ruang angkasa benar-benar ditemukan. Atmosfer Bumi tidak tembus terhadap sinar-X. Untuk menentukan apakah objek-objek astronomi memancarkan cahaya dengan panjang gelombang pendek semacam itu, sebuah teleskop sinar-X harus dibawa ke luar angkasa. Observatorium sinar-X pertama merupakan upaya internasional yang patut dikagumi: diluncurkan oleh Amerika Serikat dari sebuah landasan peluncuran Italia di Samudra Hindia di lepas pantai Kenya dan dinamai Uhuru, kata Swahili yang berarti “kebebasan.”

Pada tahun 1971, Uhuru menemukan sebuah sumber sinar-X yang luar biasa terang di rasi Cygnus, Sang Angsa, yang berkedip hidup-mati seribu kali setiap detik. Sumber itu, yang disebut Cygnus X-1, karenanya harus sangat kecil. Apa pun penyebab kedipan itu, informasi mengenai kapan harus menyala dan kapan harus padam tidak dapat melintasi Cyg X-1 lebih cepat daripada kecepatan cahaya, 300.000 km per detik. Karena itu Cyg X-1 tidak mungkin lebih besar dari [300.000 km/detik] × [(1/1000) detik] = 300 kilometer lebarnya. Sesuatu seukuran asteroid merupakan sumber sinar-X yang cemerlang dan berkedip, terlihat melintasi jarak antarbintang. Apakah gerangan itu? Cyg X-1 berada tepat pada posisi yang sama di langit dengan sebuah bintang raksasa biru yang panas, yang dalam cahaya tampak memperlihatkan bahwa ia memiliki pendamping masif yang dekat tetapi tak terlihat, yang menariknya secara gravitasi ke satu arah lalu ke arah lain. Massa pendamping itu sekitar sepuluh kali massa Matahari. Sang raksasa biru sendiri bukanlah sumber sinar-X yang mungkin, dan karena itu menggoda untuk mengidentifikasi pendamping yang disimpulkan dari pengamatan cahaya tampak dengan sumber yang terdeteksi dalam cahaya sinar-X. Namun sebuah objek tak terlihat dengan massa sepuluh kali Matahari dan runtuh ke dalam volume seukuran asteroid hanya mungkin merupakan sebuah lubang hitam. Sinar-X itu kemungkinan besar dihasilkan oleh gesekan dalam cakram gas dan debu yang berakresi di sekitar Cyg X-1 dari pendamping raksasa birunya. Bintang-bintang lain yang disebut V861 Scorpii, GX339-4, SS433, dan Circinus X-2 juga merupakan kandidat lubang hitam. Cassiopeia A adalah sisa sebuah supernova yang cahayanya seharusnya mencapai Bumi pada abad ketujuh belas, ketika sudah ada cukup banyak astronom. Namun tak seorang pun melaporkan ledakan itu. Mungkin, sebagaimana disarankan oleh I. S. Shklovskii, ada sebuah lubang hitam yang bersembunyi di sana, yang menelan inti bintang yang meledak itu dan meredam api supernova. Teleskop-teleskop di ruang angkasa merupakan sarana untuk meneliti serpihan dan fragmen data ini yang mungkin merupakan jejak—jejak samar—dari lubang hitam yang legendaris.

Salah satu cara yang membantu untuk memahami lubang hitam adalah dengan memikirkan kelengkungan ruang. Bayangkan sebuah permukaan dua dimensi yang datar, lentur, dan bergaris, seperti selembar kertas grafik dari karet. Jika kita menjatuhkan sebuah massa kecil ke atasnya, permukaan itu akan terdeformasi atau berkerut. Sebuah kelereng akan menggelinding mengelilingi kerutan itu dalam orbit seperti planet yang mengitari Matahari. Dalam penafsiran ini—yang kita peroleh dari Einstein—gravitasi merupakan distorsi pada jalinan ruang. Dalam contoh kita, ruang dua dimensi terlengkung oleh massa ke dalam dimensi fisik ketiga. Bayangkan kita hidup di alam semesta tiga dimensi yang secara lokal didistorsi oleh materi ke dalam dimensi fisik keempat yang tidak dapat kita persepsi secara langsung. Semakin besar massa lokal, semakin kuat gravitasi setempat, dan semakin dalam kerutan, distorsi, atau kelengkungan ruang itu.

Dalam analogi ini, lubang hitam merupakan semacam jurang tanpa dasar. Apa yang terjadi jika Anda jatuh ke dalamnya? Dilihat dari luar, Anda akan memerlukan waktu tak terhingga untuk benar-benar jatuh masuk, karena semua jam Anda—baik mekanis maupun biologis—akan tampak seakan berhenti. Namun dari sudut pandang Anda sendiri, semua jam itu akan terus berdetak seperti biasa. Jika Anda entah bagaimana dapat bertahan dari pasang-surut gravitasi dan arus radiasi, dan (sebuah anggapan yang masuk akal) jika lubang hitam itu berputar, ada kemungkinan Anda akan muncul kembali di bagian lain ruang-waktu—di suatu tempat lain dalam ruang, pada suatu waktu lain dalam waktu. Terowongan semacam ini dalam ruang—mirip lubang kecil dalam sebuah apel—telah dengan serius diajukan, meskipun sama sekali belum terbukti keberadaannya. Mungkinkah terowongan gravitasi menyediakan semacam kereta bawah tanah antarbintang atau antargalaksi yang memungkinkan kita mencapai tempat-tempat yang tak terjangkau jauh lebih cepat daripada cara biasa? Dapatkah lubang hitam berfungsi sebagai mesin waktu, membawa kita ke masa lampau yang jauh atau masa depan yang sangat jauh? Fakta bahwa gagasan-gagasan semacam ini bahkan dibahas dengan setengah serius menunjukkan betapa surealisnya alam semesta ini.

Kita, dalam pengertian yang paling mendalam, adalah anak-anak Kosmos. Bayangkan hangatnya Matahari pada wajah yang Anda tengadahkan di hari musim panas yang cerah tanpa awan; bayangkan pula betapa berbahayanya menatap Matahari secara langsung. Dari jarak 150 juta kilometer, kita sudah dapat merasakan kekuatannya. Apa yang akan kita rasakan di permukaannya yang bergolak dan memancarkan cahaya sendiri, atau tenggelam di dalam jantungnya yang berapi nuklir? Matahari menghangatkan kita, memberi kita makan, dan memungkinkan kita melihat. Ia menyuburkan Bumi. Kekuatannya melampaui pengalaman manusia. Burung-burung menyambut matahari terbit dengan ekstasi yang terdengar jelas. Bahkan beberapa organisme bersel tunggal tahu untuk berenang menuju cahaya. Nenek moyang kita menyembah Matahari,* dan mereka sama sekali tidak bodoh. Namun Matahari hanyalah sebuah bintang yang biasa saja, bahkan bisa dikatakan bintang yang biasa-biasa saja. Jika kita harus memuja suatu kekuatan yang lebih besar daripada diri kita sendiri, tidakkah masuk akal untuk menghormati Matahari dan bintang-bintang? Tersembunyi di dalam setiap penyelidikan astronomi—kadang begitu dalam sehingga penelitinya sendiri tidak menyadari keberadaannya—terdapat sebutir rasa takjub.

Galaksi adalah sebuah benua yang belum dijelajahi, dipenuhi makhluk-makhluk eksotik berskala bintang. Kita baru melakukan pengintaian awal dan telah menjumpai sebagian penghuninya. Beberapa di antaranya menyerupai makhluk yang kita kenal. Yang lain begitu ganjil hingga melampaui fantasi paling liar kita. Namun kita masih berada pada tahap paling awal dari penjelajahan ini. Perjalanan-perjalanan penemuan di masa lalu menunjukkan bahwa banyak penghuni paling menarik dari benua galaksi ini barangkali masih belum dikenal dan bahkan belum pernah terbayangkan. Tidak jauh di luar Galaksi, hampir pasti terdapat planet-planet yang mengorbit bintang-bintang di Awan Magellan dan di gugus-gugus bola yang mengelilingi Bima Sakti. Dunia-dunia semacam itu akan menyuguhkan pemandangan yang menakjubkan: Galaksi terbit di langit—sebuah bentuk spiral raksasa yang terdiri atas 400 miliar penghuni bintang, dengan awan-awan gas yang runtuh, sistem-sistem planet yang sedang memadat, bintang-bintang superraksasa yang bercahaya, bintang-bintang paruh baya yang stabil, raksasa merah, katai putih, nebula planet, nova, supernova, bintang neutron, dan lubang hitam. Dari dunia semacam itu akan menjadi jelas—sebagaimana kini mulai menjadi jelas bagi kita—bagaimana materi kita, bentuk kita, dan banyak dari sifat kita ditentukan oleh hubungan yang mendalam antara kehidupan dan Kosmos.

*Dahulu pernah diperkirakan bahwa proton tersebar merata di seluruh awan elektron, alih-alih terkonsentrasi dalam suatu inti bermuatan positif di pusat atom. Inti atom ditemukan oleh Ernest Rutherford di Cambridge ketika sebagian partikel penumbuk terpental kembali ke arah asalnya. Rutherford berkomentar: “Itu merupakan peristiwa paling luar biasa yang pernah terjadi dalam hidup saya. Hampir sama mustahilnya seolah-olah Anda menembakkan peluru meriam 15 inci ke selembar kertas tisu dan peluru itu memantul kembali serta menghantam Anda.”

*Semangat perhitungan ini sangat tua. Kalimat pembuka karya Archimedes The Sand Reckoner berbunyi: “Ada sebagian orang, Raja Gelon, yang menganggap jumlah butir pasir itu tak terhingga banyaknya; dan yang saya maksud dengan pasir bukan hanya yang ada di sekitar Syracuse dan seluruh Sisilia, tetapi juga yang terdapat di setiap wilayah, baik yang berpenghuni maupun yang tidak. Dan ada pula yang, tanpa menganggapnya tak terhingga, berpendapat bahwa belum ada bilangan yang dinamai yang cukup besar untuk melampaui banyaknya itu.” Archimedes kemudian bukan hanya menamai bilangan itu, tetapi juga menghitungnya. Ia kemudian bertanya berapa banyak butir pasir yang dapat dimuat berdampingan di dalam alam semesta yang ia kenal. Perkiraannya: 10?³, yang secara kebetulan yang aneh kira-kira setara dengan 10?³ atom.

*Silikon adalah sebuah atom. Silikon (silicone) adalah sebuah molekul, salah satu dari miliaran jenis molekul yang mengandung silikon. Silikon dan silikon memiliki sifat serta kegunaan yang berbeda.

*Bumi merupakan pengecualian, karena hidrogen primordial kita—yang hanya terikat lemah oleh tarikan gravitasi planet kita yang relatif lemah—sebagian besar kini telah lolos ke ruang angkasa. Jupiter, dengan gravitasi yang jauh lebih kuat, masih mempertahankan setidaknya sebagian besar persediaan awal unsur paling ringan itu.

*Bintang-bintang yang lebih masif daripada Matahari mencapai suhu dan tekanan pusat yang lebih tinggi pada tahap evolusi akhirnya. Mereka dapat bangkit dari abunya lebih dari sekali, menggunakan karbon dan oksigen sebagai bahan bakar untuk mensintesis unsur-unsur yang lebih berat lagi.

†Bangsa Aztec menubuatkan suatu masa “ketika Bumi telah menjadi lelah … ketika benih Bumi telah berakhir.” Pada hari itu, mereka percaya, Matahari akan jatuh dari langit dan bintang-bintang akan terguncang keluar dari cakrawala.

*Para pengamat Muslim juga mencatatnya. Namun tidak ada sepatah kata pun mengenai peristiwa itu dalam seluruh kronik Eropa.

†Pada tahun 1606 Kepler menerbitkan sebuah buku berjudul De Stella Nova, “Tentang Bintang Baru,” di mana ia bertanya-tanya apakah supernova merupakan hasil dari semacam pertemuan kebetulan atom-atom di langit. Ia menyampaikan apa yang katanya “bukan pendapat saya sendiri, melainkan pendapat istri saya: Kemarin, ketika saya lelah menulis, saya dipanggil untuk makan malam, dan sebuah salad yang saya minta disajikan di hadapan saya. ‘Tampaknya,’ kata saya, ‘jika piring timah, daun selada, butir garam, tetes air, cuka, minyak, dan irisan telur telah beterbangan di udara selama keabadian, mungkin saja suatu saat secara kebetulan akan terbentuk sebuah salad.’ ‘Ya,’ jawab istriku yang tercinta, ‘tetapi tidak akan seenak salad buatanku ini.’ ”

*1 g adalah percepatan yang dialami oleh benda-benda yang jatuh di Bumi, hampir 10 meter per detik setiap detik. Sebuah batu yang jatuh akan mencapai kecepatan 10 meter per detik setelah satu detik jatuh, 20 meter per detik setelah dua detik, dan seterusnya sampai menghantam tanah atau diperlambat oleh gesekan dengan udara. Pada suatu dunia dengan percepatan gravitasi yang jauh lebih besar, benda yang jatuh akan menambah kecepatannya dengan jumlah yang jauh lebih besar pula. Pada dunia dengan percepatan 10 g, sebuah batu akan bergerak 10 × 10 m/detik atau hampir 100 m/detik setelah detik pertama, 200 m/detik setelah detik berikutnya, dan seterusnya. Sedikit saja tersandung bisa berakibat fatal. Percepatan gravitasi selalu harus ditulis dengan huruf kecil g, untuk membedakannya dari konstanta gravitasi Newton G, yang merupakan ukuran kekuatan gravitasi di seluruh alam semesta, bukan hanya pada dunia atau bintang yang sedang kita bicarakan. (Hubungan Newton antara kedua besaran ini adalah F = mg = GMm/r²; g = GM/r², di mana F adalah gaya gravitasi, M adalah massa planet atau bintang, m adalah massa benda yang jatuh, dan r adalah jarak dari benda yang jatuh ke pusat planet atau bintang.)

*Piktograf Sumeria awal untuk “dewa” adalah tanda bintang, simbol bagi bintang-bintang. Kata Aztec untuk dewa adalah Teotl, dan glifnya merupakan representasi Matahari. Langit disebut Teoatl, lautan para dewa—samudra kosmik.