Diagram Hertzsprung-Russell

Satelit Gaia ESA menempatkan lebih dari empat juta bintang dalam satu grafik warna terhadap kecerlangan.

Grafik yang mengelompokkan bintang

Pada awal 1900-an, dua astronom, Ejnar Hertzsprung di Denmark dan Henry Norris Russell di Amerika Serikat, secara terpisah memetakan bintang berdasarkan kecerlangan dan warna atau kelas spektrumnya. Jika bintang tersebar acak, titiknya akan memenuhi seluruh grafik. Ternyata tidak. Sebagian besar berada pada satu pita diagonal, dengan kelompok terpisah bintang terang dan dingin di atasnya, lalu kemudian ditemukan kelompok bintang redup dan panas di bawahnya. Grafik ini kini disebut diagram Hertzsprung-Russell atau diagram HR, dan merupakan salah satu alat yang paling sering dipakai dalam astronomi.

Dua kebiasaan grafik ini sering membingungkan. Suhu berjalan terbalik, panas di kiri, karena urutan spektrum lama O B A F G K M ditulis dari kiri ke kanan. Kedua sumbu juga logaritmik: setiap langkah ke atas pada sumbu luminositas berarti sepuluh kali lebih banyak cahaya, dari sepersepuluh ribu Matahari hingga sejuta Matahari. Tanpanya, Matahari dan bintang redup akan terdesak menjadi garis tak terlihat di bagian bawah.

Kelompok-kelompoknya

• Deret utama: pita diagonal dari bintang panas dan terang di kiri atas ke katai merah dingin dan redup di kanan bawah. Bintang-bintang ini memfusikan hidrogen di inti. Menurut NASA, sekitar 90% bintang adalah bintang deret utama, termasuk Matahari.
• Raksasa: bintang dingin tetapi terang di atas deret utama, seperti Arcturus dan Aldebaran. ESA menggambarkan cabang raksasa merah sebagai lengan yang meninggalkan deret utama dan berbelok ke kanan saat bintang menua dan mengembang.
• Maharaksasa: bagian atas grafik, seperti Rigel dan Betelgeuse, dengan daya puluhan ribu kali Matahari atau lebih.
• Katai putih: bintang panas tetapi redup di kiri bawah, seperti Sirius B, inti yang ditinggalkan bintang mirip Matahari.

Mengapa katai putih redup padahal panas? Gunakan rumus dari unit warna: luminositas = jari-jari² × (suhu ÷ 5772)⁴. Suhu Sirius B sekitar 25 200 K, yang jika diperhitungkan sendiri membuat setiap meter perseginya 360 kali lebih terang daripada permukaan Matahari. Namun, jari-jarinya hanya 0.0086 Matahari, dan 0.0086² sekitar 0.000074. Kalikan, dan seluruh bintang memancarkan sekitar 0.027 Matahari. Pada Betelgeuse, keadaannya berbalik: lebih dingin daripada Matahari sehingga setiap meter perseginya lebih redup, tetapi luas permukaannya sekitar 524 000 kali lebih besar dan bersinar seperti puluhan ribu Matahari.

Itulah yang ditunjukkan garis putus-putus pada model. Sepanjang setiap garis, semua bintang memiliki jari-jari sama, dari 0.01 Matahari di kiri bawah hingga 1000 Matahari di kanan atas. Katai putih berada dekat garis 0.01, deret utama melintas dari sekitar 0.1 hingga sekitar 10, dan maharaksasa mendekati 1000. Jadi, membaca posisi bintang memberi tiga informasi sekaligus: suhu, luminositas, dan ukuran.

Potret sesaat, bukan lintasan

Kita mudah tergoda membaca deret utama sebagai jalan yang dilalui setiap bintang. Pendidik NASA menjelaskan bahwa ini justru potret banyak bintang bermassa berbeda pada satu waktu. Massa bintang menentukan posisinya pada deret utama: bintang berat di kiri atas dan yang ringan di kanan bawah. Bintang tetap dekat posisi itu hampir sepanjang hidupnya. Bintang baru meninggalkannya saat hidrogen inti habis, bergerak ke atas dan kanan menjadi raksasa. Nyalakan "Lintasan masa depan Matahari" pada model untuk melihat perkiraan jalur Matahari, naik di cabang raksasa lalu turun ke katai putih; garis itu sketsa, bukan hasil perhitungan.