[비즈한국] Apel. Ada empat apel yang tercatat telah mengubah sejarah umat manusia. Pertama, buah terlarang dalam kisah Adam dan Hawa yang sering digambarkan sebagai apel. Kedua, apel dalam lukisan benda mati karya Cézanne. Ketiga, Apple milik Steve Jobs. Dan keempat, apel yang jatuh di atas kepala Isaac Newton.
Kita sering mengira Newton menemukan gravitasi Bumi yang menarik apel hanya karena melihat buah itu jatuh di atas kepalanya. Namun, kenyataannya tidak begitu. Makna sebenarnya dari revolusi ilmiah yang diusung Newton lebih dari itu. Newton menyadari bahwa gravitasi Bumi yang menarik apel dan gravitasi Bumi yang menahan Bulan di langit pada dasarnya adalah hal yang sama. Ini adalah sebuah lompatan besar.
Sebelum itu, bagi umat manusia, ada dua jenis fisika. Fisika untuk dunia daratan (terestrial) dan fisika untuk dunia surgawi (selebral). Mereka mengira daratan dan langit adalah dunia yang berbeda, mulai dari komposisi material hingga prinsip kerjanya. Namun, Newton menunjukkan bahwa dunia yang terbagi dua itu sebenarnya bergerak dengan satu prinsip yang sama. Kita tidak lagi membutuhkan dua buku teks fisika untuk memahami daratan dan langit. Hanya dengan satu fisika yang terpadu, kita dapat menjelaskan Bumi sekaligus alam semesta. Menyatukan dua dunia yang sebelumnya terpisah, serta membuktikan bahwa daratan dan langit dikendalikan oleh hukum fisika yang sama—itulah nilai sejati dari revolusi ilmiah Newton.
Kini kita lebih berani. Kita percaya bahwa gravitasi yang dialami dan dipelajari di Bumi juga bekerja dengan cara yang sama di galaksi-galaksi yang berjarak puluhan juta hingga ratusan juta tahun cahaya. Keyakinan itu telah terbukti. Gravitasi menunjukkan sifat yang tak berubah, mulai dari apel yang tergantung di pohon dan Bulan di langit, hingga galaksi yang berjarak 57 juta tahun cahaya.
Perhatikan penampakan galaksi LEDA 1313424 yang baru-baru ini ditangkap oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble. Sangat unik. Ini bukan sekadar dua atau tiga lengan spiral yang melilit. Dari bagian dalam hingga luar, terdapat beberapa cincin melingkar yang membentuk lingkaran konsentris. Terlihat seperti papan target panahan raksasa. Oleh karena itu, para astronom menamai galaksi ini 'Galaksi Target Panah' (Bullseye galaxy).
Galaksi ini pernah tertangkap oleh teleskop lain sebelumnya, namun tidak ada yang mengira penampilannya sedemikian unik. Data awal yang mengonfirmasi bentuk galaksi ini berasal dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS), yang memetakan seluruh langit dengan teleskop berukuran 2,5 meter. Dalam foto SDSS, galaksi target panah terlihat sangat samar dan hanya dua cincin yang bisa dipastikan. Sebenarnya, sulit untuk menduga bahwa galaksi ini menyembunyikan penampakan yang menakjubkan, karena galaksi dengan satu atau dua cincin di bagian luar bukanlah hal yang langka.
Umumnya, galaksi cincin yang teramati memiliki struktur batang yang jelas di bagian pusatnya. Batang ini terbentuk karena orbit bintang di pusat galaksi yang memanjang dan mengalami resonansi hingga saling tumpang tindih. Batang galaksi ini menarik material gas ke pusat galaksi. Akibatnya, gas terkompresi dengan kepadatan tinggi di tepi struktur batang dan melahirkan bintang-bintang baru. Sementara itu, batang tersebut berputar bersama galaksi, dan bintang-bintang baru tersebar melingkar di sepanjang tepian batang. Dengan demikian, struktur batang dikenal sebagai mekanisme utama dalam menciptakan dan mempertahankan bentuk cincin. Namun, penjelasan ini hanya bisa menjawab galaksi dengan dua cincin saja.
Para astronom menganalisis data dari Legacy Survey, yang mengamati citra galaksi dengan resolusi lebih tinggi daripada SDSS. Survei ini menangkap cahaya alam semesta menggunakan teleskop Blanco berdiameter 4 meter di Observatorium Cerro Tololo, Cile. Berkat itu, mereka berhasil mengidentifikasi hingga empat cincin yang mengelilingi galaksi target panah. Namun, itu belum berakhir. Setelah meningkatkan kontras citra observasi secara ekstrem dan menganalisisnya secara rinci, ditemukanlah tujuh cincin yang mengelilingi galaksi tersebut. Ini adalah jumlah yang luar biasa yang belum pernah terlihat pada galaksi cincin mana pun sebelumnya. Sejak saat itu, galaksi target panah bukan lagi galaksi biasa.
Untuk menguak rahasia galaksi ini, para astronom kembali membidik galaksi target panah dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble. Karena tidak terganggu oleh atmosfer Bumi, Teleskop Luar Angkasa Hubble dapat menangkap gambar yang jauh lebih tajam dan cincin yang lebih redup. Mengejutkannya, dalam foto yang diambil Hubble, terlihat setidaknya ada 8 cincin! Bagaimana mungkin galaksi dengan tampilan yang begitu kompleks dan indah bisa ada?
Seperti apel yang jatuh di atas kepala Newton sewaktu kecil, sesuatu jatuh menabrak galaksi ini 1 miliar tahun yang lalu. Awalnya, galaksi ini tidak memiliki cincin yang kompleks seperti sekarang. Ini adalah galaksi biasa. Namun, 1 miliar tahun lalu, galaksi kecil lainnya menabrak dan menembus hampir tepat di pusat galaksi ini. Dua galaksi bertabrakan secara frontal. Ini seperti saat kita melemparkan apel ke dalam kolam, riak air menyebar melingkar ke segala arah. Yang lebih menakjubkan dari penemuan ini adalah bahwa penjelasan mengenai tabrakan frontal dua galaksi untuk galaksi target panah bukan sekadar hipotesis imajinatif. Bukti kuat telah ditemukan berdasarkan perhitungan matematis dan fisika yang sangat akurat.
Sebelumnya, para astronom menghitung model matematis sederhana tentang bagaimana gelombang kejut menyebar ke segala arah ketika sebuah galaksi kecil menabrak dan menembus galaksi yang lebih besar secara frontal. Bayangkan kembali riak yang menyebar saat kita melemparkan apel ke danau yang tenang. Gelombang kejut pertama yang terbentuk akan menjadi yang tercepat menyebar ke segala arah. Di belakangnya, riak kedua yang sedikit lebih kecil muncul. Sementara itu, riak pertama yang menyebar sebelumnya mencapai radius yang lebih luas dan perlahan memudar. Di sela-sela itu, riak ketiga yang lebih kecil muncul di bagian dalam. Dengan cara ini, dari cincin pertama yang menyebar paling luar hingga ke dalam, cincin yang lebih kecil terus terbentuk.
Para astronom memperkirakan bahwa jari-jari cincin luar dan cincin tepat di dalamnya harus memiliki rasio matematis yang konsisten. Jika dinyatakan dalam rumus, dapat ditulis dengan sangat sederhana: R(i)/R(i+1)=(2i+1)/(2i-1)
Di sini, i menunjukkan urutan cincin. Cincin terluar yang paling pertama menyebar adalah cincin pertama, dan cincin yang terbentuk tepat di dalamnya adalah cincin kedua. Misalnya, mari kita hitung seberapa besar cincin pertama (i=1) dibandingkan dengan cincin kedua. Dengan memasukkan i=1, kita mendapatkan (2*1+1)/(2*1-1)=3/1, artinya tiga kali lebih besar. Demikian pula, mari kita hitung seberapa besar cincin kedua dibandingkan dengan cincin ketiga. Dengan memasukkan i=2, kita mendapatkan (2*2+1)/(2*2-1)=5/3=1,67, artinya 1,67 kali lebih besar. Cincin ketiga harus 1,4 kali lebih besar dari cincin keempat. Dengan cara ini, dengan terus menambah nilai i dari 1, kita dapat memprediksi secara matematis dengan tepat seberapa kecil cincin-cincin yang terbentuk di bagian dalamnya.
Berdasarkan hal ini, para astronom menganalisis apakah cincin pada foto galaksi target panah yang diambil Hubble mengikuti rasio ini dengan tepat. Namun, ada masalah. Kita tidak bisa yakin apakah cincin terluar pada foto Hubble adalah cincin pertama yang benar-benar terbentuk. Mungkin ada cincin yang lebih besar yang menyebar lebih jauh ke luar jauh sebelum cincin ini. Oleh karena itu, para astronom membandingkan rasio ukuran cincin-cincin tersebut dengan mengasumsikan berbagai situasi, misalnya apakah cincin terluar yang ada di foto adalah cincin pertama, kedua, atau ketiga. Hasilnya mengejutkan.
Jika cincin terluar galaksi target panah dalam foto Hubble dianggap sebagai cincin ketiga, maka rasio ukuran cincin-cincin yang lebih kecil yang teramati mengikuti prediksi matematis dengan sempurna. Dengan kata lain, ada cincin raksasa lain yang jauh lebih luas di luar sana yang tidak tertangkap di foto! Delapan cincin yang ada di foto Hubble bukanlah keseluruhannya! Seharusnya ada cincin kesembilan dan kesepuluh di bagian luar.
Karena cincin terluar galaksi target panah dalam foto Hubble adalah cincin ketiga, maka cincin kedua yang seharusnya berada tepat di luarnya harus memiliki jari-jari 1,67 kali lebih luas dari cincin ketiga saat ini. Para astronom melakukan observasi tambahan untuk memastikan apakah benar ada cincin yang lebih luas tersembunyi di bagian luar. Mereka mengamati galaksi target panah menggunakan teleskop Keck di Hawaii dan teleskop Dragonfly. Sebagai catatan, teleskop Dragonfly, sesuai dengan namanya, mengumpulkan 48 lensa teleskop yang menatap alam semesta seperti mata capung. Teleskop ini bahkan mampu melihat jejak awan gas yang sangat redup dan samar dengan jelas.
Secara menakjubkan, melalui observasi Dragonfly, para astronom menemukan jejak cincin kedua yang menyebar lebih luas, tepat di lokasi yang diperkirakan! Selain total delapan cincin yang ada di foto Hubble, cincin kesembilan yang diharapkan berada di luarnya benar-benar ada. Cincin ini sangat redup karena menyebar melingkar ke luar galaksi sejak jauh lebih lama. Itulah sebabnya tingkat keasamannya sulit dibedakan dengan galaksi latar belakang yang berjarak jauh. Namun, berkat survei Dragonfly yang mengamati galaksi dengan 48 lensa sekaligus, mereka dapat mengidentifikasi jejak ekor gas yang samar di balik bintang-bintang latar belakang yang padat.
Hal ini menyiratkan bahwa cincin kesepuluh yang lebih jauh mungkin juga ada. Yakni cincin pertama yang menyebar ke segala arah tepat pada saat tabrakan frontal antar galaksi purba terjadi, yang kemudian memudar dan menghilang.
Para astronom juga telah menemukan siapa pelaku yang menembus tepat di tengah galaksi target panah ini; galaksi samar yang bersinar kebiruan di bagian kiri tengah foto Hubble diduga kuat sebagai pelakunya. Analisis spektrum galaksi menunjukkan bahwa galaksi biru ini berada pada jarak yang mirip dengan galaksi target panah dan sedang menjauh dengan kecepatan tinggi. Mempertimbangkan jarak dan kecepatan kedua galaksi saat ini, galaksi biru ini tampaknya telah menembus galaksi target panah sekitar 1 miliar tahun yang lalu, menciptakan riak konsentris yang unik saat ini.
Setelah mengalami tabrakan frontal yang hebat, galaksi target panah menyebar dan menjadi kacau. Galaksi ini telah menyebar selebar 250.000 tahun cahaya, dua kali lebih lebar dari galaksi kita, dan kecerahan permukaan galaksi pun tampak meredup secara signifikan. Faktanya, di alam semesta terdapat galaksi-galaksi redup yang bintang-bintangnya tersebar di area yang begitu luas sehingga sulit dibedakan apakah itu galaksi atau latar belakang alam semesta. Galaksi seperti ini disebut sebagai galaksi dengan kecerahan permukaan rendah (Low surface brightness galaxy).
Para astronom memperkirakan bahwa dampak tabrakan frontal antar galaksi yang terbukti secara matematis sangat akurat pada galaksi target panah ini adalah kunci terciptanya galaksi-galaksi redup tersebut. Pelajaran yang diajarkan Newton kepada kita sejak lama, bahwa semua hukum fisika berlaku sama di alam semesta, sekali lagi menjadi kunci untuk memecahkan rahasia paling misterius dari alam semesta dan galaksi.
Ada legenda terkenal lainnya yang terlintas saat kita bicara tentang apel. Kisah penembak jitu William Tell. Menurut cerita yang beredar, ia berhasil menembak apel yang diletakkan di atas kepala putranya dengan anak panah secara tepat. Newton bisa disebut sebagai penembak jitu terbaik yang menunjukkan tingkat akurasi luar biasa selama lebih dari 400 tahun. Anak panah kecil bernama apel yang ditembakkan Newton 400 tahun lalu berhasil melampaui gravitasi Bumi hingga mencapai Bulan, dan kini telah tepat mengenai pusat galaksi raksasa yang berjarak 57 juta tahun cahaya. Sambil menatap riak galaksi target panah yang terbentuk dari penyebaran riak apel yang menembus galaksi, kita mengenang apel Newton yang tanpa henti terus terbang menuju alam semesta yang lebih jauh.
Referensi
https://www.stsci.edu/contents/news-releases/2025/news-2025-006
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad9f5c
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton ‘Galaxy Express 999’, ia memiliki impian untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti kuliah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti ‘Observatorium yang Sedang PDKT’, ‘Memikirkan Alam Semesta Sepanjang Hari’, dan ‘Bintang, Sains Cahaya’.