[비즈한국] Baru-baru ini, gambar beresolusi sangat tinggi dari pusat Bima Sakti yang dipotret oleh teleskop luar angkasa Euclid telah dirilis. Ini adalah salah satu gambar pusat galaksi kita yang paling luas dan mendetail yang pernah diambil dengan cahaya tampak. File beresolusi tinggi yang dirilis tersebut memiliki ukuran sekitar 27.000 × 22.500 piksel, mencapai sekitar 600 megapiksel. Luas area langit yang dicakupnya pun lebih besar daripada gabungan 20 bulan purnama jika dilihat dari Bumi.
Dalam satu foto ini saja, terdapat lebih dari 60 juta bintang. Di dalamnya juga tersembunyi nebula, gugus bintang, awan debu hitam, dan area pembentukan bintang di mana bintang-bintang biru baru lahir. Adegan ini memperlihatkan betapa besarnya struktur yang terdiri dari bintang, debu, dan gas, yang sebenarnya membentuk pita cahaya redup yang biasa kita sebut sebagai Bima Sakti.
Teleskop luar angkasa Euclid sebenarnya tidak dibuat untuk mengamati Bima Sakti. Teleskop ini dirancang untuk mengamati galaksi-galaksi jauh di luar Bima Sakti guna mencari jejak materi gelap dan energi gelap. Namun, kali ini teleskop tersebut mengalihkan pandangannya ke kosmos terdekat, melihat ke pusat Bima Sakti di mana bintang-bintang berkumpul paling padat.
Foto ini mengumpulkan hasil pengamatan selama kurang lebih 26 jam yang dilakukan dalam sembilan tahap mulai dari 23 Maret. Gambar-gambar individu tersebut kemudian digabungkan untuk menyelesaikan gambar mosaik yang sangat besar. Masing-masing foto individu pun mencakup area langit yang lebih luas dari bulan purnama.
Kamera cahaya tampak Euclid memiliki resolusi yang setara dengan kamera jangkauan luas Teleskop Luar Angkasa Hubble, namun area langit yang dapat dicakup dalam satu kali bidikan sekitar 270 kali lebih luas daripada Hubble. Untuk mengamati area yang sama dengan teleskop besar di Bumi, mungkin dibutuhkan waktu mendekati 2.000 jam.
Gambar pusat galaksi yang dipotret oleh Euclid juga menjadi data awal yang penting bagi teleskop luar angkasa lain yang akan diluncurkan di masa depan. Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman berencana untuk mengeksplorasi fenomena lensa mikro gravitasi yang disebabkan oleh planet luar surya di pusat Bima Sakti dalam skala besar.
Lensa mikro gravitasi adalah fenomena yang terjadi ketika benda langit seperti planet luar surya atau bintang melintas di depan bintang latar belakang yang jauh. Gravitasi benda di depan menyebabkan ruang-waktu di sekitarnya melengkung sehingga cahaya bintang latar belakang diperbesar, yang mengakibatkan kecerahan bintang berubah untuk sementara. Dengan menganalisis perubahan kecerahan ini, keberadaan planet luar surya hingga massanya dapat diperkirakan.
Gambar yang dipotret Euclid telah mencakup sekitar 50 sistem planet luar surya yang sudah diketahui. Gambar ini menjadi data referensi yang mencatat posisi dan kecerahan bintang-bintang latar belakang sebelum fenomena lensa mikro gravitasi terjadi. Seiring berjalannya waktu, data ini dapat dibandingkan dengan pengamatan Teleskop Luar Angkasa Roman untuk mengukur gerak diri (proper motion) bintang dan membedakan antara benda langit yang berfungsi sebagai lensa dengan bintang latar belakang yang jauh secara lebih akurat.
Dalam pengamatan lensa mikro gravitasi, semakin banyak bintang latar belakang, maka semakin menguntungkan. Hal ini dikarenakan kemungkinan benda yang menjadi lensa melintas di depan bintang latar belakang akan semakin tinggi. Faktanya, pencarian planet luar surya menggunakan lensa mikro gravitasi memang terutama menargetkan pusat Bima Sakti tempat bintang-bintang berkumpul dengan padat.
Namun, di arah pusat Bima Sakti, tersembunyi rahasia yang jauh lebih tua daripada planet luar surya. Di dalam *bulge* (tonjolan pusat), yaitu bagian tengah Bima Sakti, terdapat benda langit yang disebut Terzan 5. Sekilas, ia tampak seperti gugus bola biasa dengan banyak bintang yang berkumpul secara bulat, namun pengamatan presisi baru-baru ini menunjukkan bahwa Terzan 5 kemungkinan memiliki sejarah yang sangat berbeda dari gugus bola pada umumnya.
Gugus bola umumnya adalah kumpulan bintang-bintang yang sangat tua yang berkumpul dalam bentuk bola. Bintang-bintang tersebut memadat di ruang yang sangat sempit, mulai dari ratusan ribu hingga jutaan bintang. Sebagian besar bintang lahir sekitar 10 miliar hingga 13 miliar tahun yang lalu. Itulah sebabnya gugus bola sering disebut sebagai fosil galaksi yang terbentuk di masa awal alam semesta.
Secara tradisional, bintang-bintang di dalam gugus bola dianggap sebagai bintang "bersaudara" yang lahir hampir bersamaan dari satu awan gas besar. Namun, baru-baru ini, dengan ditemukannya dua generasi bintang atau lebih di berbagai gugus bola, konsep populasi bintang ganda telah terbentuk. Meski demikian, gugus bola selama ini dianggap sebagai kumpulan bintang yang jauh lebih sederhana dibandingkan galaksi.
Terzan 5 pun telah lama dianggap sebagai salah satu gugus bola tersebut. Benda langit ini ditemukan pada tahun 1968 oleh Agop Terzan, seorang astronom keturunan Armenia yang aktif di Prancis. Mengingat ia adalah gugus bintang yang terang dan masif, penemuannya bisa dibilang cukup terlambat.
Alasan utama keterlambatan penemuan ini adalah lokasinya. Terzan 5 terletak di arah *bulge* yang hanya berjarak sekitar 2 kiloparsek dari pusat Bima Sakti. Di arah ini, jumlah bintang latar belakang terlalu banyak, dan awan gas serta debu yang menghalangi cahaya bintang juga terdistribusi dengan tebal. Area ini sangat sulit diamati karena pemadaman antarbintang (*interstellar extinction*), di mana cahaya bintang menjadi redup dan memerah akibat terserap oleh debu.
Massa Terzan 5 diperkirakan melebihi 2 juta kali massa Matahari. Ini termasuk kategori yang cukup masif di antara gugus bola yang ada di Bima Sakti. Hal yang lebih mengejutkan lagi adalah fakta bahwa sejauh ini telah ditemukan lebih dari 40, hampir mencapai 50, pulsar milidetik di benda langit ini. Ia adalah salah satu benda langit yang menampung jumlah pulsar milidetik terbanyak di antara gugus bola yang diketahui.
Pulsar milidetik adalah bintang neutron yang berputar ratusan kali per detik. Benda ini diartikan sebagai bintang neutron tua yang berputar cepat kembali setelah menyerap materi dari bintang pendampingnya. Di gugus bola dengan kepadatan bintang yang tinggi, pertemuan antar bintang yang berdekatan atau pertukaran sistem bintang pendamping sering terjadi. Fenomena banyaknya pulsar milidetik di Terzan 5 menunjukkan bahwa tempat ini dulunya merupakan lingkungan yang sangat masif dan padat.
Namun, keunikan sejati Terzan 5 terungkap dari komposisi kimia bintang-bintangnya. Pada gugus bola umum, kandungan besi bintang-bintang relatif seragam. Karena mereka adalah bintang yang lahir pada waktu yang sama dari awan gas yang sama, mereka umumnya memiliki kandungan logam yang serupa.
Terzan 5 tidak demikian. Indeks yang menunjukkan kandungan besi bintang, [Fe/H], tersebar dalam rentang luas mulai dari sekitar -0,8 hingga +0,3. Terlebih lagi, distribusi kandungan besi tidak membentuk satu puncak landai, melainkan jumlah bintang meningkat di segmen tertentu sehingga muncul beberapa puncak.
Distribusi kandungan logam yang luas dan kompleks seperti ini merupakan karakteristik yang jarang terlihat di gugus bola biasa. Ini berarti bintang-bintang di Terzan 5 bukanlah rekan sebaya yang lahir hampir bersamaan di dalam gugus kecil. Sebaliknya, ia tampaknya telah mengalami sejarah evolusi kimia yang mirip dengan *bulge* Bima Sakti itu sendiri.
Petunjuk yang sama juga muncul dalam diagram warna-magnitudo yang menunjukkan warna dan kecerahan bintang secara bersamaan. Bintang-bintang menghabiskan sebagian besar hidupnya di fase deret utama, kemudian meninggalkan deret utama saat menua. Oleh karena itu, jika terdapat bintang yang lahir pada waktu yang berbeda secara bersamaan, *turn-off point* deret utama (titik di mana bintang meninggalkan deret utama) juga akan muncul secara berbeda untuk setiap generasi.
Dalam pengamatan sebelumnya menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble dan *Very Large Telescope* (VLT) milik European Southern Observatory, dipastikan bahwa terdapat setidaknya dua generasi bintang di Terzan 5. Satu generasi adalah bintang dengan kandungan logam rendah yang lahir sekitar 12 miliar tahun lalu, dan generasi lainnya adalah bintang dengan kandungan logam tinggi yang lahir sekitar 4 miliar hingga 5 miliar tahun lalu. Bintang-bintang yang lahir dengan selisih waktu sekitar 7 miliar tahun ternyata berada bersama dalam satu benda langit.
Pengamatan terbaru oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb menunjukkan bahwa populasi bintang di Terzan 5 jauh lebih kompleks dari itu. Kamera inframerah dekat NIRCam pada Teleskop Luar Angkasa James Webb mengamati Terzan 5 dalam spektrum inframerah dekat. Inframerah dekat lebih menguntungkan untuk meneliti area yang tertutup debu tebal seperti pusat galaksi karena pengaruh debunya lebih sedikit daripada cahaya tampak.
Hal ini dipadukan dengan data pengamatan Teleskop Luar Angkasa Hubble yang telah terkumpul selama lebih dari 20 tahun. Pengamatan dengan rentang waktu yang lama menguntungkan untuk mengukur gerak diri bintang saat bergerak di langit. Melalui cara ini, kita dapat membedakan antara bintang yang benar-benar milik Terzan 5 dan bintang latar belakang *bulge* yang kebetulan berada di arah yang sama.
Proses ini sangat penting dalam penelitian pusat galaksi. Karena banyaknya bintang latar belakang di arah Terzan 5, jika anggota gugus tidak dipisahkan dengan akurat, diagram warna-magnitudo bisa sangat terdistorsi. Bintang yang bukan anggota gugus jika tercampur dapat membuat seolah-olah ada generasi bintang yang sebenarnya tidak ada.
Pengaruh awan debu juga berbeda tergantung pada posisinya. Bahkan dalam area pengamatan yang sama, bintang yang berada di tempat berdebu akan tampak lebih redup dan memerah. Jika pemadaman diferensial ini tidak dikoreksi dengan benar, bintang-bintang dengan usia dan komposisi kimia yang sama bisa tampak seperti kelompok yang berbeda.
Para peneliti menyeleksi anggota Terzan 5 menggunakan gerak diri, dan menggunakan pengamatan inframerah dekat yang presisi dari Teleskop Luar Angkasa James Webb untuk mengoreksi pengaruh debu pada setiap bintang. Hasilnya, diagram warna-magnitudo Terzan 5 yang paling presisi hingga saat ini berhasil diselesaikan.
Hasil analisis menunjukkan bahwa di Terzan 5 kemungkinan terdapat sejarah pembentukan bintang yang terbagi dalam setidaknya empat tahap. Generasi tertua dengan kandungan logam terendah adalah bintang yang lahir sekitar 12,5 miliar tahun lalu. Generasi muda dengan kandungan logam lebih tinggi lahir sekitar 4,7 miliar tahun lalu. Selain itu, terdapat generasi lain yang terbentuk sekitar 3,8 miliar tahun lalu, dan muncul kemungkinan bahwa pembentukan bintang baru masih terjadi hingga sekitar 2,5 miliar tahun lalu.
Dapat disimpulkan bahwa Terzan 5 bukanlah gugus bola biasa di mana semua bintang lahir sekaligus. Setelah bintang-bintang pertama lahir sekitar 12,5 miliar tahun lalu, bintang-bintang baru tercipta kembali pada 4,7 miliar tahun lalu dan 3,8 miliar tahun lalu, dan mungkin saja pembentukan bintang terus berlanjut hingga 2,5 miliar tahun lalu. Pembentukan bintang terjadi berulang kali dengan selisih miliaran tahun.
Sejarah seperti ini sulit diharapkan terjadi di gugus bola biasa. Jika bintang masif dari generasi pertama meledak menjadi supernova, gas yang tersisa akan terdorong keluar dari gugus. Jika itu adalah gugus dengan massa kecil, hanya dengan beberapa ledakan supernova saja, sebagian besar gas akan terlempar keluar dari cakupan gravitasi. Setelah itu, bahan untuk membentuk bintang baru akan hilang, dan hanya bintang generasi pertama yang tersisa untuk menua secara perlahan.
Terzan 5 tampaknya berbeda. Kemungkinan besar, massa awalnya yang cukup besar dan gravitasinya yang kuat mampu menahan gas dan unsur kimia yang dilepaskan oleh bintang-bintang tersebut. Besi dan unsur berat yang tercipta dari bintang-bintang terdahulu tidak sepenuhnya keluar, melainkan tetap tertahan dan menjadi bahan bagi generasi bintang berikutnya. Bentuknya lebih menyerupai sistem bintang raksasa yang melakukan evolusi kimia secara independen daripada sekadar gugus bola kecil.
Karena itulah para astronom menginterpretasikan Terzan 5 bukan sebagai gugus bola biasa, melainkan sebagai potongan fosil dari *bulge* Bima Sakti. Artinya, ada kemungkinan Terzan 5 adalah salah satu blok bangunan primitif yang membentuk *bulge* Bima Sakti.
Pusat Bima Sakti yang kita lihat saat ini mungkin tidak terbentuk sebagai satu struktur mulus sejak awal. Di piringan galaksi alam semesta awal, terdapat banyak gas dan turbulensi yang kuat. Piringan ini secara gravitasi menjadi tidak stabil sehingga mungkin terbentuk gumpalan gas raksasa yang mencapai 100 juta hingga 1 miliar kali massa Matahari.
Gumpalan-gumpalan ini mungkin bergerak menuju pusat galaksi sambil berinteraksi secara gravitasi satu sama lain. Gumpalan yang mencapai pusat kemungkinan besar bergabung dan bercampur satu sama lain membentuk *bulge*. Namun, tidak semua gumpalan hancur dan bercampur sepenuhnya. Beberapa mungkin bertahan hingga saat ini sebagai benda langit yang independen.
Ada kemungkinan Terzan 5 adalah salah satu penyintas tersebut. Ia bisa jadi merupakan potongan primitif yang terbentuk bersamaan saat *bulge* Bima Sakti dibuat, namun bertahan sebagai fosil selama miliaran tahun tanpa benar-benar bergabung dengan gumpalan lainnya. Berbagai generasi bintang dan kandungan logam kompleks yang tersisa di dalam Terzan 5 menyimpan sebagian sejarah awal pembentukan pusat Bima Sakti.
Kita juga bisa mempertimbangkan kemungkinan bahwa Terzan 5 adalah sisa dari galaksi kerdil yang masuk ke dalam Bima Sakti setelah mengembara di luar galaksi kita. Hal ini dikarenakan fakta bahwa banyak gugus bola di Bima Sakti ternyata merupakan inti atau sisa dari galaksi kerdil yang diserap oleh Bima Sakti di masa lalu.
Namun, orbit Terzan 5 lebih mendukung asal-usul internal daripada asal-usul eksternal. Menurut rekonstruksi orbitnya, Terzan 5 tetap berada pada jarak sekitar 2,8 kiloparsek meskipun berada pada titik terjauh dari pusat Bima Sakti. Ia menempuh orbit kecil yang menempel ketat pada pusat galaksi tanpa banyak keluar dari piringan galaksi. Hal ini memperkuat kemungkinan bahwa Terzan 5 terbentuk di dalam Bima Sakti sejak awal, bukan masuk dari luar.
Alasan mengapa Terzan 5 memiliki jumlah pulsar milidetik yang luar biasa banyak juga dapat dipahami dengan mengaitkannya pada asal-usul ini. Agar banyak pulsar milidetik tercipta, pertama-tama harus ada banyak bintang neutron. Untuk itu, bintang-bintang masif harus lahir dalam jumlah besar di Terzan 5 masa awal dan meledak menjadi supernova.
Gravitasinya juga harus cukup kuat untuk menahan bintang neutron yang tercipta dari ledakan supernova di dalam gugus tersebut. Setelah itu, jika pertukaran bintang pendamping dan interaksi kedekatan berulang kali terjadi di lingkungan padat bintang, bintang neutron dapat menerima pasokan materi dari bintang pendamping baru dalam waktu lama. Dalam proses ini, bintang neutron yang rotasinya menjadi cepat terlahir kembali sebagai pulsar milidetik.
Pada akhirnya, Terzan 5 bukan sekadar gugus bola yang sedikit masif. Ia adalah fosil penting yang memperlihatkan proses pembentukan *bulge* pusat Bima Sakti.
Saat ini, para astronom sedang mencari kandidat keping fosil *bulge* lainnya yang serupa dengan Terzan 5. Benda langit yang mewakili hal tersebut adalah Liller 1 yang berjarak sekitar 800 parsek dari pusat Bima Sakti. Di benda langit ini juga ditemukan bintang tua berumur 12 miliar tahun dan bintang muda yang lahir sekitar 1 miliar hingga 3 miliar tahun lalu secara bersamaan.
Sebagian benda langit di *bulge* Bima Sakti yang selama ini diklasifikasikan sebagai gugus bola, sebenarnya mungkin merupakan kepingan primitif yang belum hancur sepenuhnya setelah membentuk *bulge*. Sekilas memang terlihat seperti kumpulan bintang yang bulat, namun di dalamnya mungkin masih tersimpan sejarah pembentukan bintang dan evolusi kimia yang kompleks yang sulit dijelaskan hanya sebagai gugus bola.
Penelitian terbaru mengubah persepsi tradisional tentang gugus bola dari berbagai arah. Di masa lalu, gugus bola dianggap sebagai kumpulan bintang sederhana yang lahir sekaligus di masa awal alam semesta. Namun, beberapa gugus bola ternyata adalah sisa galaksi kerdil yang masuk dari luar Bima Sakti, dan beberapa lainnya mungkin merupakan fosil primitif yang selamat saat *bulge* Bima Sakti terbentuk, seperti Terzan 5.
Kemungkinan adanya lubang hitam bermassa menengah yang tersembunyi di pusat beberapa gugus bola juga mulai diangkat. Penelitian untuk mengungkap peran materi gelap dalam proses pembentukan dan evolusi gugus bola juga terus berlanjut. Gugus bola kini telah menjadi benda langit yang tidak lagi bisa dijelaskan hanya sebagai kumpulan bintang tua yang sederhana.
Pusat Bima Sakti yang dipenuhi lebih dari 60 juta bintang seperti yang ditunjukkan Euclid, secara sendirinya merupakan pemandangan yang spektakuler. Namun, jika kita melihat lautan bintang itu dengan saksama, kita dapat mengetahui bahwa jejak masa pembentukan Bima Sakti masih tersisa di sana-sini.
Rahasia alam semesta tertua tidak selalu berada di ujung alam semesta yang paling jauh. Terkadang, ia tersembunyi di pusat Bima Sakti yang tertutup oleh cahaya bintang dan awan debu yang tak terhitung jumlahnya. Terzan 5 adalah kepingan fosil yang bertahan hingga hari ini dengan menyimpan masa kecil Bima Sakti. Bagi kita, memandang bintang-bintang tersebut sama artinya dengan memandang sisa-sisa masa saat Bima Sakti pertama kali membentuk wujudnya.
Referensi
https://science.nasa.gov/asset/webb/bulge-fossil-fragment-terzan-5-webb-and-hubble-image/