[비즈한국] “Kita semua berasal dari bintang.” Kalimat ini sangat dikenal karena pernah diucapkan oleh Carl Sagan. Jika kita menelusuri asal-usul komponen kimia yang menyusun tubuh kita, pada akhirnya kita akan sampai pada jejak bintang-bintang dan supernova yang tak terhitung jumlahnya, yang pernah ada sejenak di alam semesta miliaran tahun lalu. Dalam hal ini, secara ilmiah kita bisa dikatakan sebagai entitas yang dibentuk dari komponen yang ditinggalkan oleh bintang.
Meskipun narasi astronomi ini sudah cukup terkenal, tak disangka kita masih belum memahami makna sebenarnya dari kalimat tersebut. Jika komponen di dalam tubuh kita berasal dari bintang, sebenarnya dari bintang sejauh apa mereka berasal? Di manakah letak bintang-bintang yang telah tiada itu, yang memberikan material kehidupan yang sangat berharga bagi kita yang hidup di tata surya dan Bumi saat ini?
Sekilas, mudah untuk berpikir bahwa supernova yang menjadi nenek moyang langsung kita pernah hidup tidak jauh dari posisi tata surya kita saat ini. Seberapa pun panjangnya waktu di alam semesta, tentu ada batasan bagi material yang dikandung bintang untuk menyebar. Akhirnya, meskipun kalimat romantis Carl Sagan tentang keterikatan kita dengan bintang adalah sebuah kisah yang indah, kita cenderung berpikir bahwa seluruh kisah kita hanya terjebak dalam jangkauan puluhan hingga ratusan tahun cahaya saja.
Namun, menurut serangkaian penemuan terbaru, kita mungkin saja merupakan entitas yang terbentuk dari potongan-potongan yang telah mengembara di alam semesta yang cukup luas. Hal ini karena komponen kimia yang membentuk tubuh kita saat ini bisa saja telah mengalir dari luar tata surya, bahkan dari jauh di luar galaksi Bima Sakti kita. Sedihnya, kita sendiri masih hidup tanpa bisa bebas meninggalkan Bumi, apalagi galaksi kita, namun bagian-bagian kecil yang membentuk tubuh kita telah mengembara di alam semesta yang jauh lebih besar daripada diri kita miliaran tahun yang lalu.
Pada tahun 1963, Gail Smith, seorang mahasiswa doktoral astronomi di Universitas Leiden, Belanda, menemukan awan gas mencurigakan yang melayang di samping Bima Sakti. Sulit untuk menganggapnya sebagai nebula biasa. Itu adalah awan gas panjang yang tampak melesat cepat ke suatu tujuan. Mengambil nama penemunya, awan ini hingga kini disebut 'Awan Smith (Smith’s cloud)'. Setelah itu, observasi radio mengungkapkan bahwa awan ini mengembara di sekitar Bima Sakti dengan kecepatan sangat tinggi, yakni 1,12 juta km per jam. Ini adalah jenis awan berkecepatan tinggi (HVC, High Velocity Cloud) yang mengaduk-aduk lingkaran cahaya (halo) di sekitar galaksi kita dengan kecepatan tinggi.
Awan Smith memiliki panjang 11.000 tahun cahaya dan lebar 2.500 tahun cahaya. Jika kita bisa melihat seluruh Awan Smith dengan mata telanjang di langit malam, kita akan melihat awan gas yang sangat besar, setara dengan 30 kali lebar bulan purnama tepat di samping Bima Sakti. Awalnya, para astronom menduga awan yang mengitari halo Bima Sakti dengan sangat cepat ini adalah awan gas yang masuk dari luar galaksi kita. Mereka berasumsi bahwa awan ini adalah gas yang tersisa saat Bima Sakti terbentuk 10 miliar tahun lalu namun gagal menyatu, atau awan gas yang gagal membentuk bintang karena kekurangan material, yang akhirnya tertangkap oleh gravitasi Bima Sakti.
Jika asumsi itu benar, awan gas ini seharusnya tidak pernah mengalami ledakan supernova dan berada dalam kondisi yang sangat murni, belum tercemar oleh elemen berat yang ditinggalkan bintang yang mati. Artinya, awan tersebut seharusnya hanya mengandung hidrogen dan helium dengan elemen berat yang sangat minim.
Untuk memastikannya, para astronom melakukan pengamatan menarik dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble. Di balik Awan Smith, di latar belakang alam semesta yang jauhnya miliaran tahun cahaya, terdapat tiga galaksi yang kebetulan terlihat tumpang tindih di arah yang sama. Galaksi-galaksi ini memiliki lubang hitam kuat di pusatnya yang memancarkan sinar ultraviolet yang kuat. Galaksi dengan lubang hitam aktif dan ganas di pusatnya disebut sebagai galaksi aktif. Sinar ultraviolet dari galaksi latar belakang yang jauh melewati Awan Smith di depan mata kita, dan sebagian komponennya diserap oleh zat kimia di dalam awan tersebut. Karena setiap zat kimia menyerap panjang gelombang cahaya tertentu, kita bisa mengetahui komposisi kimia Awan Smith hanya dengan melihat cahaya panjang gelombang mana yang diserap.
Namun, fakta mengejutkan terungkap. Berbeda dengan prediksi bahwa awan ini hanya terdiri dari hidrogen dan helium yang hampir belum tercemar sejak Big Bang, Awan Smith ternyata sudah cukup "tercemar". Secara khusus, jejak sulfur yang jelas terdeteksi dalam spektrum ultraviolet yang dicakup oleh pengamatan Hubble kali ini. Sulfur adalah elemen berat yang hanya bisa terisi jika ada bintang yang beratnya setara dengan Matahari. Ini berarti Awan Smith bukanlah galaksi gagal yang belum pernah mengandung bintang, ataupun awan gas murni yang baru saja masuk.
Kehadiran elemen berat termasuk sulfur yang terdeteksi dengan jelas di Awan Smith menunjukkan fakta bahwa Awan Smith sebenarnya adalah potongan yang sempat terlepas dari Bima Sakti. Di tengah kelahiran dan kematian bintang yang berulang di Bima Sakti sejak lama, potongan awan yang telah tercemar oleh "jejak kehidupan" ini terdorong keluar dari Bima Sakti dengan cepat. Namun, sekarang ia sedang ditarik kembali oleh gravitasi Bima Sakti menuju rumahnya. Sekitar 30 juta tahun lagi, Awan Smith akan menghantam Bima Sakti, dan awan yang terkompresi akibat benturan tersebut akan memicu lahirnya bintang-bintang baru seperti kembang api.
Ledakan supernova yang sering terjadi di dalam Bima Sakti di masa lalu mungkin menjadi penyebab pelepasan awan gas ini. Gelombang kejut dari ledakan supernova yang kuat menyebabkan sebagian "daging" Bima Sakti terlepas, dan kini ia kembali setelah menyelesaikan perjalanan panjang. Fenomena di mana awan gas yang sempat terdorong keluar dari piringan galaksi dan kemudian kembali lagi ke piringan ini disebut dengan versi galaksi dari air mancur, yaitu *Galactic fountain*. Sistem sirkulasi skala galaksi yang raksasa pun terbentuk, di mana materialnya terhubung seperti sabuk berjalan dalam skala puluhan ribu tahun cahaya baik di dalam maupun di luar galaksi.
Melalui penelitian tambahan baru-baru ini menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble, terbukti bahwa sistem sirkulasi skala galaksi ini tidak hanya terjadi di Bima Sakti, tetapi juga sering terjadi di banyak galaksi lain yang serupa. Para astronom mengamati 11 galaksi tempat bintang-bintang lahir secara aktif dengan latar belakang 9 quasar jauh. Dengan cara yang sama, mereka membandingkan jejak kimia yang tertinggal saat cahaya dari quasar latar belakang melewati halo di sekitar galaksi terdekat. Hasilnya, dipastikan bahwa di semua galaksi, materi gas yang mengandung karbon dan oksigen tersebar luas hingga ke wilayah jauh di luar piringan galaksi. Bahkan, karbon dan oksigen tersebar hingga wilayah yang sangat jauh, yaitu 410.000 tahun cahaya ke luar galaksi.
Semua galaksi ini menyebarkan produk kimia berharga dan material kehidupan yang ditinggalkan oleh supernova yang mereka tampung ke luar galaksi, hingga ke ruang hampa di antara galaksi. Sebagian darinya tertangkap kembali oleh gravitasi galaksi setelah miliaran tahun berlalu dan kembali ke rumah asalnya. Dengan begitu, halo awan gas yang mengandung elemen berat dengan kadar relatif tinggi tersebar di wilayah yang luas, mencapai ratusan ribu tahun cahaya di sekitar galaksi. Jejak komponen yang meresap hingga ke ruang antar galaksi, atau keberadaan *Circumgalactic Medium* (CGM), telah terbukti lebih jelas melalui pengamatan nyata.
Keberadaan CGM yang dikonfirmasi melalui pengamatan kali ini menghubungkan kita dengan alam semesta yang satu langkah lebih jauh. Karbon dan oksigen adalah material paling dasar yang membentuk kehidupan di Bumi. Jika kita menelusuri balik perjalanan satu atom di antaranya selama 138 miliar tahun terakhir, mungkin saja atom tersebut pernah melakukan perjalanan ke ruang hampa antara Galaksi Andromeda dan Bima Sakti sebelum kembali. Seketika itu pula, kita keluar dari Bumi, tata surya, bahkan Bima Sakti, dan menjadi bagian dari halo gas raksasa yang mengelilingi sistem galaksi ini.
Jika kita bisa merasakan perjalanan atom karbon dan oksigen yang tak terhitung jumlahnya yang pernah ada, itu adalah perjalanan sirkulasi yang sangat besar dan sulit dipahami. Seperti kita yang menarik dan mengembuskan napas, galaksi pun bernapas. Dari perspektif biologis, galaksi mungkin dianggap sebagai dunia mati yang tidak hidup, penuh hanya dengan bintang dan planet. Namun dari perspektif yang lebih luas, galaksi juga merupakan satu ekosistem raksasa, dunia yang hidup dan bernapas. Astronomi memberi tahu kita bahwa kita adalah eksistensi yang kebetulan mekar di dalam napas yang diembuskan oleh galaksi tanpa sadar.
Referensi
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad9c69
Tentang penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Saat kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarluaskan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Ia telah menulis buku seperti 'Observatorium yang Bersemi', 'Memikirkan Alam Semesta Seharian', dan 'Bintang, Sains Cahaya'.