[비즈한국] Alam semesta saat ini dipenuhi dengan bintang yang tak terhitung jumlahnya. Namun, sejak awal, alam semesta tidaklah seperti ini. Pada masa permulaan, tidak ada bintang maupun galaksi. Hanya ada kekacauan kecil yang samar-samar pada skala mekanika kuantum. Seiring berjalannya waktu, cahaya bintang mulai mengisi alam semesta yang dulunya hanya dipenuhi kegelapan yang membosankan.
Pasti ada bintang pertama dalam sejarah alam semesta yang menyinari kegelapan untuk pertama kalinya. Dalam astronomi, bintang semacam ini disebut bintang Pop III. Bintang generasi pertama ini pasti ada sepanjang sejarah alam semesta, tetapi karena ini adalah peristiwa di masa lampau yang sangat jauh, kita belum pernah melihat wujud aslinya secara langsung. Atau, setidaknya itulah yang kita pikirkan. Mungkin saja, kita sudah lama menatap cahaya bintang Pop III yang selama ini kita cari di tempat yang sangat terkenal.
Dalam astronomi, generasi bintang secara garis besar dibagi menjadi Pop I dan II. Matahari dan bintang-bintang muda di sekitarnya adalah bintang Pop I. Bintang yang lebih tua dari Matahari, yang berusia sekitar 10 miliar tahun, adalah bintang Pop II. Generasi bintang dibedakan berdasarkan kandungan unsur berat (logam) yang dikandungnya. Seiring berjalannya generasi, bintang meninggalkan unsur yang lebih berat ke alam semesta sebelum mati. Bintang tua yang lahir di masa lalu ketika unsur berat belum banyak memiliki kandungan logam yang rendah, sementara bintang muda yang lahir kemudian setelah banyak unsur berat tersebar di alam semesta mengandung lebih banyak logam.
Bintang Pop II banyak berkumpul di gugus bola yang dapat kita amati hari ini. Namun, ini pun bukan bintang pertama di alam semesta. Ada generasi pertama yang jauh lebih awal. Itulah sebabnya mereka disebut bintang Pop III, yang mendahului Pop II. Bintang-bintang ini kemungkinan lahir segera setelah Big Bang. Mereka mungkin terbentuk pada masa ketika tidak ada unsur berat selain hidrogen dan helium. Dengan kata lain, kandungan logamnya harus benar-benar nol.
Sejauh ini, bintang semacam itu belum pernah dikonfirmasi melalui pengamatan langsung. Sayangnya, karena bintang Pop III memiliki massa yang sangat besar, masa hidup mereka yang bersinar secara stabil sangatlah singkat. Kemungkinan besar mereka bersinar sesaat dalam sekejap mata dibandingkan dengan usia alam semesta, lalu menghilang begitu saja. Sekarang, tidak peduli seberapa jauh kita mencari di alam semesta, peluang untuk melihat bintang Pop III yang masih hidup sangatlah kecil.
Belakangan ini, terkadang ditemukan bintang yang sangat murni yang mendekati kualitas Pop III. Namun, itu hanyalah bintang dengan kandungan logam yang relatif rendah. Bintang Pop III sejati yang sama sekali tidak mengandung logam belum ditemukan. Bahkan jika ada, karena jaraknya sangat jauh, akan sulit untuk melihat cahaya bintang secara individu. Jika demikian, bukankah kita bisa berharap untuk melihat galaksi pertama yang hanya terdiri dari bintang-bintang Pop III?
Terdapat galaksi representatif yang ditemukan di ujung alam semesta, yaitu GN-z11. Sebagai salah satu galaksi terjauh yang diamati oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble, baru-baru ini James Webb melakukan pengamatan lebih mendalam. Galaksi ini menyimpan wujud yang sangat muda, yakni saat alam semesta baru berusia 400 juta tahun setelah Big Bang. Galaksi ini berada di ambang apa yang disebut sebagai Zaman Kegelapan, ketika tidak ada bintang atau galaksi yang bersinar di alam semesta.
Namun, ada keberadaan yang mengejutkan tersembunyi di lokasi ini. Noda kecil yang sangat samar dan mudah terlewatkan muncul tepat di samping galaksi GN-z11. Berkat pengamatan sinar inframerah yang memiliki panjang gelombang lebih panjang daripada cahaya tampak oleh James Webb, wujudnya akhirnya terungkap. Noda kecil ini tidak menunjukkan jejak garis logam yang seharusnya terlihat jika terdapat kandungan logam. Sebaliknya, garis emisi helium II yang sangat kuat muncul. Artinya, hampir tidak ada logam seperti karbon atau nitrogen, dan hanya terdapat banyak sekali helium terionisasi. Agar helium terionisasi, diperlukan suhu yang sangat panas. Ini berarti suhu di tempat ini setidaknya melebihi 100.000 K, yang menyebabkan helium terionisasi sekaligus. Keadaan yang dipenuhi oleh helium terionisasi yang sangat panas dan murni ini secara akurat sesuai dengan karakteristik yang diharapkan dari cahaya bintang Pop III.
Hal yang mengejutkan bukan hanya itu saja. Dalam pengamatan tambahan berikutnya, dari noda yang persis sama, tidak hanya helium terionisasi yang terdeteksi, tetapi juga jejak hidrogen. Artinya, pengamatan tersebut tidak salah, dan memang ada satu tempat yang sama sekali tidak memiliki jejak logam, hanya berkumpulnya hidrogen dan helium. Kemungkinan adanya Pop III semakin tinggi. Jika lokasi mencurigakan ini memang berada pada jarak yang mirip dengan galaksi GN-z11 di sebelahnya, maka noda ini dapat dianggap berjarak sekitar 3.000 tahun cahaya dari galaksi pusat.
Setelah diperiksa lebih teliti, noda tersebut terbagi menjadi dua wilayah besar. Masing-masing dibedakan sebagai wilayah C1 dan C2. Di antaranya, C1 tampak sebagai gumpalan hidrogen dan helium yang sangat murni, tanpa jejak kandungan logam apa pun. Ini bisa jadi merupakan wilayah tempat berkumpulnya bintang-bintang Pop III yang sangat murni. Sebaliknya, C2 tampak sedikit terkontaminasi oleh unsur-unsur lain yang relatif lebih berat, yang mungkin disebabkan oleh pengaruh ledakan supernova yang terjadi tepat sebelumnya.
Singkatnya, noda ini dapat dilihat sebagai gugus bintang yang hanya terdiri dari bintang Pop III, dan di sekitarnya baru saja terjadi ledakan supernova yang mencemari logam, sehingga generasi berikutnya, yakni bintang Pop II, mulai lahir. Ini bisa menjadi peristiwa pergantian generasi pertama di alam semesta, dari bintang generasi pertama ke generasi berikutnya! Para astronom menjuluki noda ini 'Hebe', nama dewi yang melambangkan kemudaan dalam mitologi Yunani.
Galaksi GN-z11 adalah galaksi awal alam semesta, namun memiliki lubang hitam di pusatnya. Akan tetapi, energi lubang hitam saja tidak dapat sepenuhnya menjelaskan tampilan GN-z11 yang tampak terlalu terang untuk ukurannya. Mungkin, ini karena galaksi tersebut bercampur dengan bintang-bintang masif dan terang yang telah melalui tahapan evolusi dan mendekati kematian. Jika demikian, jejak kandungan logam yang sudah sangat tercemar seharusnya muncul dengan jelas, namun kenyataannya tidak. Penjelasan yang dapat memecahkan kontradiksi ini adalah bahwa galaksi GN-z11 juga mengandung banyak sekali bintang Pop III yang murni dan menyilaukan.
Hasil analisis cahaya di dalam noda Hebe yang samar namun intens menunjukkan bahwa tempat ini kemungkinan besar lebih banyak berisi bintang masif dengan massa antara 10 hingga 100 kali massa Matahari. Untuk menjelaskan spektrum dan karakteristik cahaya Hebe yang teramati, harus ada lebih banyak bintang masif dibandingkan bintang ringan. Ini sesuai dengan wujud bintang Pop III yang kita harapkan. Bintang-bintang pada masa awal memiliki massa yang jauh lebih besar daripada saat ini, dan secara alami, masa hidup bintang tersebut menjadi sangat singkat.
Cahaya intens dari masa awal alam semesta ini pasti telah mengionisasi awan hidrogen di ruang angkasa sekitarnya dalam sekejap. Garis emisi hidrogen dan helium terionisasi yang muncul di noda Hebe membuktikan kemungkinan tersebut. Dengan terionisasinya alam semesta secara menyeluruh, semua atom terpecah dan alam semesta sempat mengalami periode transparan. Periode ini disebut sebagai masa reionisasi setelah Big Bang. Jika noda Hebe yang ditemukan kali ini benar-benar merupakan gugus bintang generasi pertama alam semesta yang hanya terdiri dari bintang Pop III, maka ini akan menjadi kasus pertama kita melihat langsung lokasi masa reionisasi tersebut. Secara harfiah, kita telah melihat fajar alam semesta, ambang waktu di mana kegelapan alam semesta berakhir dan era cahaya yang sesungguhnya dimulai.
Dengan menatap bintang-bintang yang bersinar di atas kepala seperti ini, kami memperkenalkan buku baru 'Kepada Manusia Bumi, Dari Bintang' yang memungkinkan kita mengenang waktu alam semesta. Saat menyebutkan bintang-bintang yang sangat familiar yang bisa kita lihat dengan mata telanjang, seperti Betelgeuse di rasi Orion atau Antares di rasi Scorpio, orang biasanya akan teringat pada rasi bintang dan mitologi. Namun, para astronom tidak terlalu tertarik pada cerita seperti itu. Sebaliknya, mereka memikirkan rahasia alam semesta yang tersimpan dalam cahaya bintang, penemuan hebat para pemimpi, serta inspirasi dan jejak yang ditinggalkan cahaya bintang tersebut dalam sejarah kita.
Beberapa orang pernah mempermainkan raja dengan melihat cahaya bintang, sementara yang lain memimpikan migrasi besar demi kebebasan dengan melihat cahaya bintang. Selain itu, bintang yang dulu menjadi penunjuk jalan bagi para pelaut yang menjelajahi samudra kini juga menjadi pemandu bagi wahana antariksa yang meninggalkan tata surya.
Mengapa kita menatap cahaya bintang? Apa maknanya? Beberapa tahun lalu, dalam sebuah wawancara, ketika ditanya mengapa kita harus menatap bintang, saya menjawab seperti ini: "Jika cahaya bintang yang telah menempuh perjalanan ratusan hingga ribuan tahun cahaya tidak sampai ke mata siapa pun, betapa kecewanya cahaya bintang itu." Mungkin, pemahaman adalah hal seperti itu.
Astronom Galileo, yang pertama kali menatap bintang dengan teleskop dalam sejarah dan mendekati rahasia alam semesta, memberikan judul yang luar biasa pada buku yang berisi penemuannya: Sidereus Nuncius. Jika diterjemahkan secara harfiah, itu berarti menyampaikan kabar dari bintang. Menatap cahaya bintang dan mendengarkan langit adalah hal seperti ini. 'Kepada Manusia Bumi, Dari Bintang' adalah surat yang dikirimkan oleh bintang-bintang kepada kita. Surat yang dikirim oleh bintang dan diterima oleh kita. Saya harap Anda dapat membuka kisah surat berusia 13,8 miliar tahun yang dikirimkan oleh dua belas cahaya bintang yang bersinar paling terang di langit malam.
Referensi
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2026arXiv260320362M/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2026arXiv260320363R/abstract
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Setelah menonton 'Galaxy Express 999' saat masih kecil, ia memiliki impian untuk memberitahukan keindahan alam semesta. Saat ini, ia bekerja sebagai profesor asisten di Fakultas Studi Bebas Universitas Sejong, melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti kuliah dan penulisan. Ia menulis buku seperti 'Potongan Alam Semesta Setiap Hari', 'Para Ilmuwan di Alam Semesta yang Berbintang', 'Tidak Bisa Pergi Tapi Bisa Tahu', dan 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta', serta menerjemahkan 'Panduan Hitchhiker Menjelajahi Alam Semesta yang Sesungguhnya', 'Bagaimana Saya Membunuh Pluto', 'Quantum Life', dan 'Cosmographic'.