Untuk pertama kalinya, teleskop sinar-X XRISM mendeteksi klor dan kalium di sisa supernova Cassiopeia A, mengungkap bagaimana ledakan bintang menyebarkan unsur penting bagi kehidupan di Bumi.
Di langit utara, di rasi Cassiopeia, ada noktah sinar-X yang sudah lama menjadi laboratorium kosmik favorit para astronom. Objek ini dikenal sebagai Cassiopeia A, atau Cas A, sisa ledakan bintang yang terjadi lebih dari tiga abad lalu dan kini membentuk awan reruntuhan berdiameter sekitar 10 tahun cahaya. Di balik semburan gas panas dan debu yang mengembang itu, misi sinar-X terbaru milik Jepang, XRISM, baru saja mengungkap rahasia baru tentang asal usul unsur kehidupan.
Untuk pertama kalinya, ilmuwan berhasil mendeteksi dengan jelas unsur klor dan kalium dalam sinar-X dari sisa supernova. Kedua unsur ini ditemukan dengan instrumen Resolve di atas satelit XRISM, yang diucapkan “krism”. Cassiopeia A sendiri berjarak sekitar 11.000 tahun cahaya dari Bumi dan menyimpan inti bintang yang runtuh menjadi bintang neutron superpadat di pusatnya.
Penemuan ini menambah satu lagi kaitan langsung antara kematian bintang dan kehidupan di planet seperti Bumi. Dalam kehidupan sehari hari, kalium dikenal sebagai unsur yang penting untuk fungsi sel, saraf, dan otot di tubuh kita, sementara senyawa klor sangat umum di air laut dan berbagai proses kimia di Bumi. Namun sampai sekarang, jejak bagaimana dan di mana unsur unsur ini diproduksi di dalam bintang jauh lebih sulit ditelusuri dibandingkan unsur yang lebih umum seperti oksigen, karbon, atau neon.
Di dalam bintang masif, reaksi nuklir yang berlangsung selama jutaan tahun secara bertahap membangun unsur unsur lebih berat dari hidrogen dan helium. Lapisan dalam bintang tersusun seperti bawang, dengan cangkang reaksi berbeda yang menghasilkan karbon, neon, oksigen, silikon, dan unsur lainnya. Ketika bahan bakar menipis, bintang runtuh dan meledak sebagai supernova. Dalam fase singkat namun sangat energetik ini, reaksi nuklir baru berlangsung, memperkaya lingkungan dengan unsur tambahan dan melemparkannya ke ruang antarbintang.
Selama ini, teleskop sinar-X seperti Chandra sudah mendeteksi berbagai unsur di Cas A, mulai dari besi, silikon, hingga sulfur. Namun klor dan kalium jauh lebih sulit diidentifikasi karena sinyalnya lemah dan garis spektrumnya rapat dengan unsur lain. Di sinilah kelebihan XRISM. Instrumen Resolve dirancang untuk mengukur energi foton sinar-X dengan ketelitian sangat tinggi, sehingga garis spektrum yang tumpang tindih bisa dipisahkan dan unsur langka dapat dikenali.
Pada Desember 2023, tim ilmuwan mengarahkan XRISM ke Cassiopeia A dalam dua kali pengamatan. Data gabungan kemudian dianalisis dengan hati hati. Dari spektrum sinar-X yang dihasilkan, tim berhasil memisahkan garis emisi klor dan kalium secara meyakinkan, dan bahkan menemukan indikasi fosfor yang sejalan dengan temuan sebelumnya dari pengamatan inframerah. Yang lebih mengejutkan, perbandingan kelimpahan menunjukkan bahwa jumlah klor dan kalium di sisa supernova ini jauh lebih tinggi daripada yang diperkirakan model standar.
Temuan ini memberi petunjuk bahwa interior bintang nenek moyang Cassiopeia A mungkin jauh lebih bergejolak sebelum ledakan daripada yang diduga. Ketika bintang mendekati akhir hidup, aktivitas di lapisan dalam dapat mengacaukan struktur “berlapis” ideal yang sering digambarkan dalam buku teks. Pergerakan dan pengadukan besar besaran di dalam bintang bisa mencampur material dari berbagai zona reaksi nuklir, menciptakan kondisi di mana klor dan kalium terbentuk dalam jumlah lebih besar dan tersebar ke daerah yang tidak terduga.
Dengan memadukan peta elemen dari Resolve dengan citra sudut lebar dari Chandra, tim juga menemukan bahwa klor dan kalium tidak tersebar merata di Cas A. Konsentrasi tertinggi muncul di bagian tenggara dan utara sisa supernova. Distribusi yang timpang ini menguatkan bukti bahwa ledakan berasal dari bintang yang sudah memiliki ketidaksimetrian internal, dan bahwa supernova itu sendiri tidak berlangsung secara simetris ke segala arah. Studi sebelumnya atas data Chandra juga mengisyaratkan adanya ketidakseimbangan semacam ini, dan hasil XRISM menjadi potongan tambahan yang penting.
Mampu mengukur unsur unsur langka dengan ketelitian statistik yang baik memberikan alat baru bagi para astronom untuk menguji teori fusi nuklir di dalam bintang, baik sebelum maupun selama supernova. Dengan mengetahui di mana klor, kalium, dan mungkin fosfor berada, seberapa banyak jumlahnya, dan bagaimana mereka dibandingkan dengan unsur lain, model komputer tentang evolusi bintang masif dapat disesuaikan dan diperbaiki.
Dari sudut pandang yang lebih luas, setiap butir data dari Cassiopeia A mengingatkan bahwa atom atom di tubuh kita tidak muncul begitu saja. Kalsium di tulang, besi di darah, kalium di sel, dan klor di laut pernah ditempa di inti bintang dan dalam ledakan yang menghancurkan bintang itu sendiri. XRISM, dengan Resolve sebagai “spektrometer halus” di rentang sinar-X, kini membuka bab baru dalam upaya melacak jalur unsur unsur tersebut dari reruntuhan bintang jauh hingga akhirnya menjadi bagian dari planet dan, pada akhirnya, kehidupan.
