Penemuan Pulsar FAST Mengungkap Sistem Tiga Bintang Langka dengan Satu Bintang yang Masih Berevolusi

Bintang ketiga menjelaskan jam pulsar yang tidak biasa

Sebuah pulsar yang berotasi sekitar 312 kali per detik, katai putih yang mengorbitnya setiap delapan hari, dan bintang bermassa kira-kira sama dengan Matahari yang menempuh orbit 73,5 tahun membentuk trio bintang yang sangat langka. Astronom China dan Eropa secara independen mengidentifikasi sistem di sekitar PSR J0435+3233, mengungkap bahwa perubahan rotasi pulsar yang tampak tidak biasa sebagian besar merupakan dampak gravitasi pendamping yang jauh.

Observatorium Astronomi Nasional di bawah Akademi Ilmu Pengetahuan China mengumumkan temuan itu pada 9 Oktober 2026, bersamaan dengan publikasinya di The Astrophysical Journal Letters. Pengumuman penemuan tersebut menyebut objek ini sebagai sistem pulsar terkonfirmasi kedua yang memiliki dua pendamping bintang, sekaligus contoh primordial terkonfirmasi pertama dengan pendamping yang masih menjalani evolusi bintang biasa.

Pembedaan itu penting. Sistem sebanding yang sebelumnya diketahui, PSR J0337+1715, terdiri atas pulsar dan dua katai putih. Di J0435+3233, pendamping luarnya belum menjadi sisa bintang kompak. Para peneliti mengidentifikasinya sebagai bintang subraksasa tipe G, dengan suhu serupa Matahari dan telah mulai meninggalkan fase utama pembakaran hidrogen.

Penemuan ini juga mengubah cara astronom menafsirkan waktu kedatangan sinyal pulsar. Periode rotasinya yang terukur bertambah sekitar satu nanodetik per tahun, kira-kira 100 kali laju yang terlihat pada pulsar milidetik sebanding. Analisis baru mengaitkan perubahan teramati yang tidak biasa itu dengan gerak akibat bintang luar, bukan menganggapnya sebagai pengukuran langsung tentang seberapa cepat bintang neutron itu sendiri melambat.

Dari deteksi pada 2020 hingga pemecahan sistem tiga bintang

Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope milik China, yang dikenal sebagai FAST, pertama kali mendeteksi J0435+3233 pada 8 Juni 2020 dalam Commensal Radio Astronomy FAST Survey. Pemantauan lanjutan memastikan pulsar tersebut memiliki pendamping dekat dan perilaku waktunya memerlukan penjelasan yang lebih menyeluruh.

Penelitian ini berlangsung selama beberapa tahun. Tim menggunakan pengamatan radio dan arsip astronomi publik untuk menghubungkan pulsar dengan objek yang terlihat pada panjang gelombang lain:

• 8 Juni 2020: FAST pertama kali mendeteksi PSR J0435+3233.
• Selama sekitar lima tahun: pemantauan FAST menghasilkan 192 pengukuran waktu kedatangan pulsa dari 179 sesi pengamatan.
• April 2026: temuan yang mengidentifikasi pasangan bintang bagian dalam dan waktu pulsarnya yang tidak biasa diterbitkan di Nature Astronomy.
• 9 Oktober 2026: Observatorium Astronomi Nasional mengumumkan temuan sistem tiga bintang yang diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters.

Perbedaan antara 179 sesi dan 192 pengukuran mencerminkan cara makalah penelitian menjelaskan kumpulan datanya, bukan dua hitungan yang saling bertentangan atas hal yang sama. Analisis waktu radio mencakup sekitar 4,9 tahun.

Penelitian dari China melibatkan Zonglin Yang, Han Jinlin, dan kolega dari beberapa lembaga. Tim Eropa yang terpisah, terdiri atas ilmuwan dari Jerman, Belanda, Prancis, dan Inggris, secara independen mencapai kesimpulan dasar yang sama mengenai bintang ketiga.

Dua orbit yang sangat berbeda

J0435+3233 adalah sistem tiga bintang hierarkis. Artinya, dua objek membentuk pasangan yang relatif rapat, sementara objek ketiga mengitari pasangan itu dari jarak yang jauh lebih besar. Di sini, objek bagian dalam adalah pulsar, bintang neutron yang tersisa dari keruntuhan bintang masif, dan katai putih helium, sisa kompak dari bintang bermassa lebih rendah.

Pulsar berotasi sekali setiap 3,20 milidetik. Orbit bagian dalamnya berlangsung 8,0 hari dengan eksentrisitas 0,00016, sehingga bentuknya nyaris lingkaran. Eksentrisitas menggambarkan seberapa lonjong sebuah orbit: nilai nol berarti lingkaran, sedangkan nilai yang mendekati satu menunjukkan lintasan yang semakin memanjang.

Bintang luar menempuh lintasan yang sangat berbeda. Orbitnya memiliki eksentrisitas 0,598, dibulatkan menjadi 0,6 dalam pengumuman observatorium, dan berlangsung selama 73,5 tahun. Berdasarkan dua periode yang dilaporkan, bintang luar menyelesaikan satu putaran dalam waktu yang kira-kira sama dengan 3.350 putaran pasangan bagian dalam.

Bidang orbitnya juga saling miring. Analisis memungkinkan dua konfigurasi, satu dengan inklinasi mutual sekitar 85 derajat dan satu lagi sekitar 54 derajat. Konfigurasi pertama akan membuat orbit hampir tegak lurus. Para peneliti menilai susunan yang terpisah jauh ini dapat tetap stabil dalam jangka panjang, meskipun ketiga benda terus berinteraksi secara gravitasi.

Mengapa perlambatan yang tampak itu menyesatkan

Pulsar memancarkan berkas yang menyapu Bumi saat berotasi, menghasilkan pulsa dengan jarak teratur. Astronom mengukur waktu kedatangan pulsa untuk melacak rotasi dan gerakannya. Perubahan jarak antarpulsa dapat mencerminkan perubahan nyata pada putaran bintang, tetapi juga dapat terjadi karena pulsar mengalami percepatan menuju atau menjauhi Bumi.

Dalam sistem ini, bintang yang jauh menarik pasangan bagian dalam saat benda-benda tersebut bergerak mengitari pusat massa bersama. Gerakan itu mengubah jarak antarpulsa yang teramati. Percepatan yang sama semestinya juga memengaruhi waktu orbit bagian dalam yang tampak.

Para peneliti menemukan bahwa perubahan fraksional pada frekuensi putaran pulsar dan frekuensi orbit pasangan bagian dalam cocok hingga sekitar 99%. Kecocokan yang erat ini mendukung penyebab gravitasi yang sama, alih-alih kehilangan energi rotasi intrinsik yang luar biasa cepat.

Penafsiran sebelumnya atas perlambatan yang tampak mengarah pada dugaan medan magnet kuat atau jalur pembentukan yang tidak biasa. Analisis sistem tiga bintang membatasi kesimpulan yang bisa ditarik dari pengamatan itu saja: makalah tersebut menyatakan bahwa perlambatan intrinsik pulsar tidak dapat diukur secara langsung karena dampaknya bercampur dengan gerak orbit luar. Karena itu, kenaikan satu nanodetik per tahun yang terukur tidak sama dengan perlambatan intrinsik sebesar itu yang telah dibuktikan.

Pendamping yang terlihat dan sinar gamma yang jarang

Tim menggabungkan pengamatan FAST dengan data optik dan inframerah Gaia, Pan-STARRS, dan 2MASS, serta pengamatan dari Fermi Gamma-ray Space Telescope. Pengukuran ini memungkinkan para peneliti menghubungkan jam radio yang tak terlihat dengan pendamping bintang yang terlihat dan sumber sinar gamma.

Objek optik yang menjadi pasangannya adalah Gaia DR3 171833395176138240. Posisi dan geraknya melintasi langit konsisten dengan posisi dan gerak pulsar yang terukur. Pengukuran paralaks Gaia menempatkan sistem ini pada jarak sekitar 2,1 kiloparsec, dengan ketidakpastian 0,4 kiloparsec, setara dengan sekitar 6.850 tahun cahaya.

Suhu bintang diperkirakan 5.854 kelvin dan luminositasnya sekitar 2,1 kali Matahari. Perkiraan berdasarkan sifat-sifat bintangnya menghasilkan massa 0,98 massa Matahari, dengan ketidakpastian 0,12. Pengukuran ini mendukung identifikasi pendamping yang massa dan suhunya mirip Matahari, tetapi berada pada tahap evolusi yang lebih lanjut.

Sumber katalog Fermi 4FGL J0435.5+3232 hanya berjarak 0,8 menit busur dari pulsar. Para peneliti mengonfirmasi denyut sinar gamma dengan menetapkan fase rotasi pada foton menggunakan model waktu FAST. Secara praktis, mereka memeriksa apakah deteksi berenergi tinggi yang jarang terjadi selaras dengan rotasi pulsar yang berulang.

Pengumuman observatorium menyebut 18 tahun pengamatan arsip Fermi yang memuat 160 foton yang dapat digunakan, rata-rata sekitar satu foton terdeteksi per bulan. Makalah tersebut menyebut rentang waktu 16,7 tahun untuk penentuan waktu sinar gamma yang digunakan dalam analisis gabungan. Angka-angka itu masing-masing menggambarkan kumpulan arsip dan interval waktu yang disesuaikan. Bahkan deteksi yang jarang seperti ini dapat memperpanjang rentang pengamatan jauh melampaui pengamatan radio jika model rotasinya cukup akurat.

Pengukuran presisi tetap memungkinkan dua konfigurasi

Makalah tim China tentang sistem tiga bintang menggabungkan penentuan waktu radio dan sinar gamma, perubahan pada orbit bagian dalam, pengukuran Gaia, serta batasan pada bintang luar. Makalah itu juga mencakup jeda Shapiro, yaitu tambahan waktu tempuh yang dialami cahaya saat melewati medan gravitasi sebuah pendamping.

Observatorium Astronomi Nasional menyatakan analisis tim China menentukan parameter orbit dengan presisi sekitar 10 kali lebih tinggi daripada analisis independen tim Eropa. Peningkatan itu dikaitkan dengan pemodelan interaksi gravitasi di antara ketiga bintang dan beberapa efek relativistik. Kesepakatan antara kedua tim mendukung identifikasi sistem ini, sementara alternatif konfigurasi yang masih tersisa menunjukkan bahwa susunan lengkapnya belum dapat ditentukan secara unik.

Untuk konfigurasi dengan inklinasi mutual sekitar 85 derajat, massa hasil pemodelan adalah:

• Pulsar: 1,16 massa Matahari, dengan ketidakpastian 0,05.
• Katai putih bagian dalam: 0,273 massa Matahari, dengan ketidakpastian 0,008.
• Bintang luar: 0,91 massa Matahari, dengan ketidakpastian 0,05.

Untuk konfigurasi alternatif dengan inklinasi sekitar 54 derajat, perkiraan massanya masing-masing adalah 1,34 massa Matahari untuk pulsar, 0,305 untuk katai putih, dan 1,13 untuk bintang luar, dengan ketidakpastian masing-masing 0,15, 0,023, dan 0,07. Ini adalah solusi model alternatif, bukan bukti bahwa massa bintang mana pun telah berubah.

Kelahiran bersama dan perjuangan untuk bertahan

Para peneliti menduga ketiga bintang terbentuk bersama dari awan yang sama. Sistem ini berada di medan Galaksi, bukan dalam gugus bintang padat, sehingga pembentukannya melalui pertemuan dekat di kemudian hari menjadi penjelasan yang kurang alami. Asal primordialnya tetap merupakan kesimpulan tentang evolusi, bukan peristiwa yang diamati secara langsung.

Menurut skenario sejarah yang diajukan, bintang awal yang paling masif memiliki massa sekitar 20 kali Matahari. Bintang itu menghabiskan bahan bakarnya dengan cepat lalu meledak, meninggalkan bintang neutron yang kini diamati sebagai pulsar. Calon induk katai putih bagian dalam bermassa awal beberapa kali Matahari. Bintang luar, yang awalnya bermassa sekitar satu Matahari, berevolusi lebih lambat.

Kelangsungan hidup sistem setelah kelahiran bintang neutron tidak terjamin. Supernova menghilangkan massa dari sistem dan dapat memberi tendangan kecepatan pada bintang neutron yang baru terbentuk. Kedua dampak itu bisa memecah sistem majemuk. Analisis evolusi memperkirakan peluang untuk tetap terikat hanya sekitar 35%, bahkan dalam skenario tanpa tendangan, yang menunjukkan betapa beratnya syarat agar sistem ini bertahan.

Jarak bintang luar yang lebih besar membantunya terpisah dari evolusi pasangan dekat, tetapi jarak saja tidak menjamin kelangsungan hidup ketika supernova mengubah keseimbangan gravitasi. Karena itu, konfigurasi saat ini merekam kemungkinan asal bersama sekaligus keberhasilan melewati kematian bintang yang berdampak besar.

Keadaan akhir yang diperkirakan tidak sedramatis itu. Yang dan rekan-rekannya menggambarkan hasil akhirnya dalam abstrak mereka:

Pada akhirnya, sistem ini akan berevolusi menjadi sistem yang terdiri atas sebuah bintang neutron dan dua katai putih.

Tidak ada tanggal yang diberikan untuk perubahan itu. Ini adalah prakiraan dalam skala waktu evolusi bintang, bukan peristiwa yang diperkirakan terjadi selama kampanye pengamatan saat ini.

Hal yang dapat diungkap sistem ini tentang gravitasi

Pulsar dengan dua pendamping bintang memberi cara untuk mengukur bagaimana gravitasi bekerja pada objek dengan struktur internal yang sangat berbeda. Bintang neutron memadatkan massa yang besar ke dalam volume yang sangat kecil, sedangkan katai putih dan bintang subraksasa jauh lebih renggang.

Observatorium Astronomi Nasional menyebut sistem ini sebagai laboratorium potensial untuk menguji prinsip kesetaraan kuat. Secara sederhana, prinsip itu mempertanyakan apakah benda-benda jatuh dengan cara yang sama dalam medan gravitasi eksternal, meskipun ikatan gravitasinya sendiri sangat berbeda. Pendamping luar menyediakan medan semacam itu bagi pasangan bagian dalam.

Pengukuran pulsa berulang dapat membantu para peneliti mencari perbedaan kecil antara gerak yang diprediksi dan yang diamati. Namun, penemuan saat ini bukan hasil uji baru yang telah diumumkan atau bukti yang menentang relativitas umum. Penemuan ini menetapkan adanya sistem yang interaksinya dapat diukur untuk mendukung pengujian di masa depan.

Klaim kelangkaannya juga perlu dibatasi. J0435+3233 disebut sebagai sistem tiga bintang pulsar terkonfirmasi kedua dengan dua pendamping bintang. Sistem pulsar yang mengandung planet atau objek luar bermassa sangat rendah termasuk kategori berbeda. Contoh bintang sebelumnya, J0337+1715, telah mendukung pengujian gravitasi; subraksasa yang masih berevolusi menjadikan J0435+3233 kasus yang berbeda.

Hal-hal yang belum terpecahkan

Para peneliti baru mengamati sebagian dari orbit luar yang berlangsung 73,5 tahun. Rentang pengamatan sinar gamma mencakup sekitar 23% periode itu, sedangkan rentang radio mencakup sekitar 7%. Persentase ini menjelaskan mengapa catatan arsip yang panjang sangat berharga dan mengapa pengamatan berkelanjutan tetap penting.

Data Gaia dan waktu pulsar menunjukkan jarak proyeksi sekitar 11.000 detik cahaya, dengan ketidakpastian 2.000 detik cahaya. Gerak relatifnya menunjukkan bahwa jarak di langit ini semakin mengecil. Ini adalah pengukuran proyeksi, bukan jarak penuh antara bintang dan pasangan bagian dalam.

Makalah tersebut juga mengingatkan bahwa gerak orbit dapat menimbulkan kesalahan sistematis pada pengukuran paralaks Gaia. Pemantauan lebih lama yang secara eksplisit memperhitungkan orbit luar dapat meningkatkan perkiraan jarak dan membantu membedakan dua konfigurasi yang masih mungkin.

Belum ada tenggat yang diumumkan untuk memecahkan alternatif tersebut atau jadwal pengujian gravitasi baru. Yang telah dipastikan adalah susunan yang langka: bintang neutron yang berotasi cepat, katai putih helium yang berada dekat, dan subraksasa jauh yang gravitasinya menjelaskan perubahan waktu yang membingungkan.

Poin Utama

• FAST menemukan PSR J0435+3233 pada 8 Juni 2020; temuan sistem tiga bintang diumumkan pada 9 Oktober 2026.
• Pulsar berotasi setiap 3,2 milidetik dan berbagi orbit delapan hari yang hampir melingkar dengan sebuah katai putih.
• Sebuah bintang subraksasa bermassa kira-kira sama dengan Matahari menempuh orbit luar yang lonjong selama 73,5 tahun.
• Pendamping luar menjelaskan perubahan jarak antarpulsa teramati yang luar biasa besar; perlambatan intrinsiknya belum ditentukan secara langsung.
• Tim China dan Eropa secara independen mengonfirmasi trio bintang ini, tetapi dua konfigurasi orbit masih mungkin.
• Sistem ini merupakan kandidat untuk pengujian gravitasi di masa depan dan diperkirakan pada akhirnya akan terdiri atas sebuah bintang neutron dan dua katai putih.