[비즈한국] Dari manakah kita semua berasal? Astronomi memberikan jawaban yang sangat luar biasa untuk pertanyaan ini: kita semua adalah 'debu bintang'. Kita semua adalah bintang, debu kosmik. Ini bukan sekadar kiasan, melainkan sebuah fakta ilmiah. Kita semua tercipta dari sisa-sisa material bintang yang meledak dan sirna sejak lama.
Jika diurai hingga ke tingkat atom, pernyataan ini sangat tepat. Namun, jika kita memikirkan proses di mana atom-atom tersebut berkumpul satu per satu membentuk molekul yang lebih kompleks, masih ada banyak teka-teki yang belum terpecahkan. Salah satu yang paling membingungkan kita adalah asal usul air. 70% permukaan Bumi tertutup oleh lautan. Air adalah bahan terpenting bagi kehidupan di Bumi. Namun secara mengejutkan, kita belum mengetahui jawaban pasti dari mana asal air ini.
Jika dilihat dari molekul air yang terdiri dari dua hidrogen dan satu oksigen, air adalah komponen umum yang mudah ditemukan di mana saja di alam semesta. Secara alami, kita berpikir bahwa air yang sama dengan air di Bumi pasti ada di berbagai sudut alam semesta. Misalnya, asteroid dan komet di ujung tata surya juga memiliki es air. Bahkan benda langit antarbintang yang datang dari luar tata surya pun mengandung es. Mudah untuk berasumsi bahwa air yang mereka miliki tidak jauh berbeda dengan air di Bumi kita. Harapan bahwa air adalah sesuatu yang cukup umum secara alami mengarah pada harapan akan adanya kehidupan luar angkasa.
Namun, alam semesta menunjukkan wujud yang sama sekali tidak terduga. Yang membingungkan, air di Bumi tampak sangat istimewa. Air di Bumi terlihat unik dan tidak mudah ditemukan di tempat lain di tata surya.
Pada tahun 2025, pengunjung asing datang ke tata surya kita. Namanya 3I/ATLAS. Seperti namanya, ini adalah benda langit antarbintang ketiga yang secara resmi teridentifikasi. Bukan asteroid atau komet yang lahir dan besar bersama kita di dalam tata surya, melainkan benda langit yang terbentuk di sekitar bintang lain, meninggalkan kampung halamannya, melintasi ruang antar bintang, dan secara kebetulan masuk ke tata surya kita.
'Oumuamua, benda langit antarbintang pertama yang ditemukan pada tahun 2017, membuat kita semakin bersemangat karena orbitnya yang aneh serta bentuknya yang panjang dan asing. Beberapa orang bahkan berharap bahwa itu bukan benda langit alami, melainkan wahana penjelajah peradaban luar angkasa. Pada tahun 2019, benda langit antarbintang kedua, Borisov, ditemukan. Dibandingkan penemuan pertama, ini jauh lebih membosankan dan orang-orang tidak terlalu memperhatikannya. Ia menunjukkan wujud yang jauh lebih mirip komet biasa dibandingkan 'Oumuamua. Koma raksasa yang terdiri dari gas dan debu terbentuk saat es menyublim, dan ia juga memiliki ekor. Kemudian pada tahun 2025, pengunjung ketiga, 3I/ATLAS, pun datang.
Dari mana dan kapan benda langit ini datang? Pertanyaan sederhana inilah yang membawa kita pada misteri yang lebih mengejutkan. Para astronom menyelidiki berapa lama benda langit ini telah mengembara di ruang antarbintang, dan apakah ada jejak kehidupan luar angkasa yang tersembunyi di dalamnya. Mereka berharap mendapatkan bukti yang memenuhi ekspektasi bahwa di alam semesta yang luas di luar tata surya kita, air dan bahan kehidupan yang mirip dengan Bumi mungkin sangat umum. Namun, hasilnya justru sangat mengejutkan dan berlawanan.
3I/ATLAS juga menyimpan es air. Namun, ia terdiri dari molekul air yang jauh lebih berat daripada air di Bumi. Lebih tepatnya, hidrogen yang menyusun molekul air bukanlah hidrogen ringan biasa, melainkan isotop hidrogen yang lebih berat. Ini disebut sebagai deuterium atau hidrogen berat. Jika hanya salah satu hidrogen dalam molekul air yang merupakan deuterium, ia menjadi HDO. Ini disebut sebagai air semi-berat (semi-heavy water). Ada juga kondisi di mana kedua atom hidrogennya adalah deuterium. Itu adalah D2O. Ini disebut air berat dalam arti yang paling sempit. Sebenarnya dalam astronomi, HDO lebih penting. Karena pada dasarnya deuterium sangat langka, molekul air dengan dua atom deuterium sangatlah jarang. Oleh karena itu, dengan mengukur rasio HDO saja, kita bisa mengetahui di lingkungan seperti apa air tersebut lahir.
Lalu, dari mana datangnya deuterium? Deuterium lebih banyak terbentuk di lingkungan yang dingin. Sebelum bintang lahir, di dalam awan molekul yang dingin, ion H3+ memainkan peran yang sangat penting. Ion ini bereaksi dengan molekul HD, yang merupakan gabungan dari satu hidrogen biasa dan satu deuterium, untuk membentuk H2D+. Reaksi ini berlangsung lebih baik pada suhu yang lebih rendah. Sebaliknya, jika suhu meningkat, reaksi akan berjalan ke arah pembentukan kembali ion H3+ ke kondisi semula. Secara alami, jumlah ion dan molekul yang mengandung deuterium berkurang.
Oleh karena itu, di lingkungan yang sangat dingin, ion dan molekul yang mengandung deuterium lebih banyak terbentuk. Deuterium yang terbentuk dengan cara itu membeku di permukaan kasar butiran debu di dalam awan molekul dan masuk ke dalam es air. Kemudian, ketika es itu dipadatkan menjadi komet atau planetesimal, lingkungan pada saat es deuterium membeku akan tetap terjaga di dalamnya. Jadi, jika kita mengukur rasio isotop D/H di dalam es komet, kita dapat menyimpulkan lingkungan pada saat benda tersebut pertama kali membeku dan dipadatkan.
Pada 4 November 2025, tidak lama setelah 3I/ATLAS melewati titik perihelion (titik terdekat dengan matahari), teleskop radio ALMA di Chili mengarah ke benda langit ini. Saat itu, 3I/ATLAS hanya berjarak 1,37 AU dari matahari. Ini adalah jarak di mana sublimasi es air dapat terjadi dengan kuat. Melalui ALMA, para astronom mencari jejak spektum air, air semi-berat (HDO), dan metanol (CH3OH).
Hasilnya, garis emisi HDO dan berbagai metanol muncul. Sinyal air biasa tidak muncul dengan jelas. Seharusnya 3I/ATLAS memiliki banyak es air karena ia adalah komet, namun air biasa tidak terlihat dan yang tampak hampir seluruhnya adalah HDO. Sulit untuk menemukan nilai D/H yang berarti hanya dengan metode perhitungan rasio sederhana. Oleh karena itu, metode yang lebih canggih digunakan. Mereka menggunakan metanol yang tidak terduga, yang bukan merupakan air maupun air semi-berat. Dengan memanfaatkan kondisi molekul metanol yang tereksitasi, mereka secara tidak langsung memperkirakan seberapa banyak air yang terbentuk di dalam koma 3I/ATLAS.
Di dalam koma komet, molekul metanol bertabrakan dengan molekul lain di sekitarnya dan tereksitasi ke tingkat energi tertentu. Kemudian, saat turun kembali ke tingkat energi rendah, ia memancarkan gelombang radio dengan panjang gelombang tertentu. Pada saat ini, dengan melihat bentuk spektrum yang dipancarkan oleh metanol, kita bisa mengetahui seberapa tinggi kepadatan dan seberapa rendah suhu molekul metanol di sana. Jika diasumsikan bahwa lawan tabrakan utama molekul metanol di koma komet adalah molekul air, maka status eksitasi molekul metanol menjadi indikator kepadatan molekul air di sekitarnya dan tingkat produksi air. Suhu koma 3I/ATLAS diperkirakan sekitar 70K. Dengan menerapkan suhu ini, hasil menunjukkan bahwa 3I/ATLAS menghasilkan sekitar 10^29 molekul air per detik.
Namun, ada batasan dalam menerima angka ini mentah-mentah. Karena sebenarnya koma 3I/ATLAS tidak hanya menghasilkan molekul air, tetapi juga gas volatil lain seperti karbon dioksida, karbon monoksida, dan metanol. Terutama, ada hasil yang menunjukkan bahwa 3I/ATLAS memiliki karbon dioksida yang sangat banyak dibandingkan komet lain di tata surya. Jadi, angka ini harus dilihat sebagai batas atas daripada jumlah air yang tepat di 3I/ATLAS. Berdasarkan hal ini, jika kita membandingkan jumlah HDO dengan batas atas molekul air, rasio D/H 3I/ATLAS adalah sekitar 6,6×10^−3. Jika dilihat angkanya saja, terlihat sangat kecil, namun ini lebih dari 40 kali lipat dibandingkan rasio D/H air laut di Bumi. 3I/ATLAS membeku dengan molekul air yang lebih berat, yang terdiri dari hidrogen yang jauh lebih berat daripada yang ada di Bumi.
Namun, yang perlu diingat di sini adalah jumlah molekul air biasa yang sebenarnya ada di 3I/ATLAS mungkin lebih sedikit. Seperti dijelaskan sebelumnya, estimasi molekul air yang digunakan dalam analisis ini adalah batas atasnya. Kenyataannya, mungkin ada lebih banyak molekul lain seperti karbon dioksida dan karbon monoksida, sehingga jumlah molekul air mungkin lebih sedikit. Padahal, jumlah molekul air biasa dalam rasio D/H berada di penyebut. Oleh karena itu, jika jumlah molekul air yang sebenarnya berkurang, maka nilai D/H akan menjadi lebih besar. Dengan estimasi kasar ini saja, 3I/ATLAS sudah menunjukkan angka tinggi yang melebihi 40 kali lipat air laut Bumi, dan sebenarnya nilai itu bisa jauh lebih besar lagi!
Ini bukan sekadar cerita bahwa rasa air 3I/ATLAS sedikit berbeda dari Bumi. Hasil yang mencengangkan ini menunjukkan fakta bahwa 3I/ATLAS adalah entitas yang lahir di lingkungan yang sama sekali berbeda dari komet di tata surya kita. Lebih jauh lagi, ini menunjukkan bagaimana planet, asteroid, dan komet terbentuk di sekitar bintang lain di luar tata surya kita, dan dalam kondisi apa es dan air di sana tercipta. Serta memberikan petunjuk tentang seberapa universal atau betapa uniknya Bumi dan tata surya kita jika dilihat dari keseluruhan alam semesta.
Lalu, seberapa berbedakah tempat kelahiran 3I/ATLAS dengan tata surya kita? Pertama, 3I/ATLAS kemungkinan besar terbentuk di lingkungan yang jauh lebih dingin daripada komet tata surya. Pengayaan deuterium umumnya terjadi secara efisien di lingkungan yang sangat dingin, di bawah 30K. Komet di tata surya tentu saja membeku di tempat yang sangat dingin, tetapi 3I/ATLAS menunjukkan petunjuk bahwa ia lahir di lingkungan dengan suhu yang lebih ekstrem lagi.
Kedua, bintang asal 3I/ATLAS mungkin merupakan bintang yang lahir di lingkungan yang sangat berbeda dari matahari. Matahari mungkin lahir di lingkungan gugus bintang di mana bintang-bintang berkumpul cukup padat. Meskipun sekarang ia bersinar sendirian karena tersingkir dalam persaingan dinamis, jika hanya dilihat dari mataharinya saja, ia adalah bintang yang sangat biasa. Jika saat matahari lahir ada bintang-bintang lain di sekitarnya, cahaya ultraviolet yang kuat dari bintang-bintang di sekitar akan memanaskan es dan gas di pinggiran tata surya primitif. Dalam lingkungan seperti ini, sulit bagi rasio D/H es air untuk meningkat secara ekstrem.
Namun, jika bintang asal 3I/ATLAS berada di lingkungan yang jauh lebih terisolasi, sehingga hampir tidak ada bintang tetangga di sekitarnya yang menyinari komet, lingkungan 3I/ATLAS akan terjaga jauh lebih dingin. Akibatnya, deuterium yang lebih tinggi mungkin terkonsentrasi di dalam es.
Kemungkinan ketiga lainnya adalah, 3I/ATLAS terbentuk di tepi terluar sistem keplanetan primitif yang sangat jauh dari bintang asalnya. Di tempat yang dekat dengan bintang, sebagian besar air dan molekul organik berulang kali mengalami proses pemanasan dan penguapan lalu membeku kembali. Dengan demikian, jejak yang tersisa dari lingkungan kriogenik asli bisa menghilang. Namun, jika 3I/ATLAS terus mengembara di pinggiran bintang asalnya sejak lahir hingga meninggalkan kampung halamannya, lingkungan kriogenik dapat terus terjaga. Komposisi isotop yang jauh lebih primitif dapat terawetkan dalam planetesimal es yang terbentuk seperti itu.
Terakhir, kemungkinan keempat adalah 3I/ATLAS terpental keluar segera setelah lahir di samping bintang asalnya pada usia yang sangat dini. Jika ia tinggal terlalu lama di dekat bintang asalnya, cahaya bintang pusat pasti akan memanaskan es tersebut. Selain itu, ia pasti telah mengalami proses tabrakan dengan benda langit lain di sekitarnya, serta pemanasan gravitasi oleh planet-planet besar di dekatnya. Dengan demikian, deuterium seharusnya sudah banyak menghilang. Namun, jika ia terpental keluar dari bintang asalnya terlalu dini segera setelah lahir, ia bisa saja melakukan perjalanan antarbintang dengan tetap mempertahankan rasio D/H yang tinggi tanpa sempat terhapus.
Memikirkan betapa beratnya perjalanan mengembara di ruang antarbintang, wujud yang ditunjukkan 3I/ATLAS sungguh menakjubkan. Hanya karena ia berhasil keluar dari sistem bintang asalnya, bukan berarti ia sepenuhnya lolos dari cahaya bintang yang panas. Alam semesta masih memiliki terlalu banyak bintang, dan 3I/ATLAS, yang hanyalah potongan komet yang terlalu kecil dibandingkan bintang, mudah terperangkap oleh gravitasi bintang tetangga lainnya. Hanya dengan melewati dekat bintang lain, ia bisa langsung berinteraksi dengan radiasi kosmik, sinar ultraviolet, dan material antarbintang, sehingga komposisi kimia permukaannya dapat berubah dengan cepat. Namun, 3I/ATLAS secara mengejutkan berhasil menjaga wujud aslinya yang terbentuk di lingkungan kriogenik.
Pada akhirnya, interpretasi yang paling alami adalah bahwa meskipun telah melewati lingkungan ruang antarbintang yang keras, ia memulai perjalanannya dari kondisi di mana D/H sudah sangat, sangat tinggi.
3I/ATLAS adalah meteorit versi antarbintang. Seolah-olah sulit untuk pergi langsung ke Mars, tetapi kita bisa menyelidiki komposisi Mars secara tidak langsung dengan mengambil meteorit Mars yang terkadang jatuh ke Bumi; meskipun kita tidak bisa berkunjung langsung ke bintang dan planet luar surya di luar tata surya kita, berkat 3I/ATLAS yang mampu bertahan dalam waktu dan jarak yang panjang untuk terbang kepada kita, kita dapat memahami berbagai kondisi lingkungan yang memungkinkan planet luar surya tercipta. Selama ini, kita hanya bisa melihat siluet planet luar surya yang buram dari jarak ratusan hingga ribuan tahun cahaya dan harus memeriksa jejak molekul air yang samar yang terkubur dalam spektrum yang buram, namun berkat 3I/ATLAS yang tiba-tiba datang, kita dapat menganalisis komposisi luar angkasa tepat di depan mata kita.
Komet sering dianggap sebagai kapsul waktu yang menunjukkan sejarah awal pembentukan tata surya. Singkatnya, komet adalah es kotor. Gumpalan es yang bercampur dengan batu dan debu. Saat mendekati matahari, es di permukaannya menyublim dan membentuk ekor yang panjang. Dengan menganalisis komponen molekul yang dilepaskan pada saat ini, kita dapat mengetahui komposisi kimia dari es yang dikandung komet. Komet yang telah lama membeku di ujung tata surya, saat ditarik oleh gravitasi matahari dan mendekati matahari, ia melepaskan rahasia yang telah lama ia simpan sendiri.
Referensi
https://www.nature.com/articles/s41550-026-02850-5
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia menjadi asisten profesor di Fakultas Studi Liberal Universitas Sejong, melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Tentang Ketidakbergunaan Astronom', 'Kita Semua Lahir Sebagai Astronom', dan 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta', serta menerjemahkan buku 'Bagaimana Aku Membunuh Pluto', 'Quantum Life', 'UFO', dan lain-lain.