Keindahan Galaksi dari Formasi Bintang

Saya belum pernah melihat gambar galaksi seperti ini sebelumnya. Tidak ada yang punya! Gambar-gambar ini menyoroti daerah pembentuk bintang di galaksi terdekat. Masih ada sejumlah pertanyaan yang belum terjawab seputar bagaimana sebenarnya pembentukan bintang terjadi. Untuk menjawab pertanyaan tersebut, kami mengamati galaksi yang aktif membentuk bintang di dalam awan gas raksasa. Sampai saat ini, kami tidak memiliki resolusi yang diperlukan untuk menggambarkan dengan jelas masing-masing awan gas itu sendiri. Tetapi gambar yang dirilis oleh proyek yang disebut PHANGS (Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS) dalam kolaborasi antara European Southern Observatory Very Large Telescope dan Atacama Large milimeter/submillmeter Array (ALMA) telah memberikan detail yang belum pernah dilihat sebelumnya tentang awan pembentuk bintang di galaksi lain.

Awan Debu Bintang

Bintang terbentuk dari Awan Molekuler Raksasa, Giant Molecular Clouds (GMCs) yang sebagian besar terdiri dari molekul Hidrogen (H₂). Gas di dalam awan ini kemudian runtuh karena ditarik oleh gravitasi yang kemudian membentuk bola padat. Dengan peningkatan densitas dan tekanan, panas di dalam bola-bola ini memungkinkan fusi nuklir menggabungkan hidrogen menjadi helium, dan akhirnya sebuah bintang lahir! Tapi apa yang memicu keruntuhan awal gas? Apakah tingkat pembentukan bintang bervariasi antara awan yang berbeda di galaksi yang sama? Seberapa bervariasikah awan itu sendiri? Ini semua adalah bab pembentukan bintang yang tidak sepenuhnya kita yakini. Masukkan PHANGS.======

Peneliti PHANGS memilih galaksi target menggunakan sejumlah prasyarat, antara lain : 1) Galaksi harus cukup dekat sehingga mereka dapat dicitrakan pada resolusi yang diperlukan untuk melihat GMC individu. Oleh karena itu, semua target berada dalam jarak 17 juta parsec dari Bima Sakti (sekitar 55 juta tahun cahaya). 2) Galaksi juga tidak terlalu condong untuk memberikan garis pandang yang jelas ke dalam cakram galaksi target. Dan, mungkin yang paling penting, 3) galaksi target secara aktif membentuk bintang. Sebagai “Galaksi Urutan Utama”, galaksi-galaksi ini membentuk bintang di piringannya tanpa interaksi gravitasi eksternal dari galaksi terdekat atau sebagai akibat dari penggabungan galaksi yang keduanya dapat memicu periode intens pembentukan bintang yang disebut ledakan bintang. Sebaliknya galaksi-galaksi ini membentuk bintang melalui proses internal galaksi. Sembilan puluh galaksi tersebut memenuhi kriteria dan dipilih untuk survei.

Dingin dan Gelap

Menemukan daerah pembentuk bintang di galaksi target dicapai melalui kombinasi penemuan gas dingin serta gas panas yang dipanaskan oleh bintang yang baru terbentuk. GMC dingin yang melahirkan bintang baru disebut pembibitan bintang. Diameternya dapat berkisar dari puluhan hingga ratusan tahun cahaya dengan massa yang setara dengan ribuan matahari. Namun, hidrogen dari awan ini sulit untuk dilihat. Ketika hidrogen terkena energi, ia bersinar dan mudah dideteksi sementara hidrogen dingin bersembunyi di kegelapan ruang angkasa. Namun GMC juga mengandung karbon monoksida (CO) yang dalam keadaan dingin lebih mudah dideteksi daripada hidrogen. Rasio CO dengan hidrogen dalam GMC dipahami sebagai konstan sehingga jumlah molekul CO yang terdeteksi dapat memberi tahu kita berapa banyak hidrogen yang ada di awan tertentu. Sinyal CO inilah yang diburu ALMA.

Begitu hidrogen tereksitasi oleh energi dari bintang-bintang muda yang baru terbentuk, ia melepaskan cahaya yang dikenal sebagai Hidrogen Alpha. H-alpha adalah fitur paling terang dalam spektrum hidrogen bercahaya dan merupakan cara kita mengamati sebagian besar alam semesta. Menggabungkan peta panas dan dingin dari GMC ini di galaksi lain mengungkapkan lingkungan di mana bintang terbentuk. Sebuah instrumen yang disebut MUSE pada Teleskop Sangat Besar memetakan H-Alpha yang bersinar di mana ALMA mendeteksi emisi CO dingin. Detail terbaik yang diselesaikan oleh ALMA di galaksi target berdiameter sekitar 100 parsec (sekitar 326 tahun cahaya). Para peneliti mencatat ini adalah resolusi “skala awan” karena target GMC juga berdiameter sekitar 100 parsec. Pada resolusi ini, awan dapat dibedakan sebagai struktur individu yang terpisah dari struktur galaksi asalnya.

Peta Generasi Selanjutnya

Sementara gambar VLT dalam cahaya optik, ALMA melihat galaksi jauh dalam panjang gelombang inframerah dan radio. Panjang gelombang ini berguna untuk mengintip struktur yang tidak akan terlihat dalam panjang gelombang optik seperti gas dingin. Tapi ada kekurangannya. Panjang gelombang optik biasanya dapat memberikan resolusi yang lebih baik untuk pencitraan menciptakan tradeoff antara visibilitas dan resolusi. Pencapaian yang mengesankan dari inisiatif ini adalah bahwa gambar ALMA baru ini mencapai resolusi inframerah dan radio yang mendekati resolusi optik. Gambar lebih ditingkatkan dengan menambahkan resolusi optik VLT serta data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble di gambar lain.

Mosaik deteksi pembibitan bintang ALMA dikombinasikan dengan data Teleskop Luar Angkasa Hubble. Gambar menunjukkan keragaman bintang GMC yang membentuk awan dari seluruh alam semesta terdekat. c. ALMA (ESO/NAOJ?NRAO)/PHANGS, S. Dangnello (NRAO)

Jumlah detailnya sangat menakjubkan. Ini bukan foto tunggal yang diambil dari setiap galaksi melainkan mosaik. Sebagai perbandingan, Observatorium Trottier tempat saya bekerja dapat menggambarkan Andromeda, galaksi yang jauh lebih dekat pada 2,4 juta tahun cahaya, dalam enam mosaik foto. Setiap galaksi yang dicitrakan dalam proyek PHANGS-ALMA, meskipun berjarak puluhan juta tahun cahaya, adalah mosaik yang terdiri dari hingga dua RATUS gambar individu. Proses pencitraan semua 90 galaksi pada tingkat detail itu berlangsung selama total 6 tahun yang menghasilkan atlas pembibitan bintang baru – generasi bintang berikutnya yang lahir di Alam Semesta.

Bagaimana Bintang Terbentuk? – Video oleh Fraser Cain

Seratus ribu pembibitan bintang dicitrakan di antara 90 galaksi target. Temuan menunjukkan bahwa lokasi di galaksi dapat mengubah sifat pembentukan bintang. Awan di wilayah tengah galaksi lebih masif, lebih padat, dan bergolak daripada yang terletak di bagian terjauh dari cakram galaksi. Tingkat di mana awan membentuk bintang, dan disipasi akhir awan yang dihasilkan oleh bintang-bintang baru yang meniupkan gas, semuanya tampaknya bervariasi tergantung di mana awan itu berada di galaksi asalnya.

Tampilan Bersama

Fasilitas yang dibutuhkan untuk menangkap gambar-gambar ini sangat kuat, dan cukup indah. Alih-alih satu teleskop besar, ALMA adalah susunan 66 piringan yang tersebar di Dataran Tinggi Chajnantor di Gurun Atacama, Chili. Sinyal yang dikumpulkan oleh array digabungkan secara efektif menciptakan satu piringan raksasa. Piring individu juga dapat diatur ulang tergantung pada kebutuhan proyek tertentu. Teleskop Sangat Besar, juga terletak di Atacama, terdiri dari empat teleskop, dua dengan cermin 8,2m dan dua cermin 1,8m yang lebih kecil. Seperti ALMA, teleskop bekerja bersama secara efektif menciptakan satu teleskop yang lebih besar.

Meskipun ini adalah gambar yang paling detail dari jenisnya, resolusi yang dicapai oleh PHANGS-ALMA masih sedikit di ambang batas yang diperlukan untuk gambar GMC individu di galaksi target. Namun, sekarang setelah daerah pembentuk bintang ini telah dipetakan, teleskop masa depan seperti Teleskop Luar Angkasa James Webb yang akan segera diluncurkan dan Teleskop Sangat Besar (saya kira berikutnya adalah Ultra Besar) akan dapat untuk mengunjungi kembali GMC ini dengan resolusi yang cukup untuk mengintip ke dalam awan itu sendiri memberikan lebih banyak wawasan tentang pembentukan bintang.

Asal Usul Kosmik

Kami pernah menjadi bagian dari awan molekul raksasa, Anda dan saya. Segala sesuatu yang menyusun tubuh Anda, komputer tempat Anda membaca ini, dan planet yang kita huni semuanya dimulai dari awan debu bintang yang sangat besar. Masa depan eksplorasi ruang angkasa teleskopik begitu menarik. James Webb tidak hanya akan memiliki kemampuan untuk mempelajari pembentukan bintang di galaksi terdekat, tetapi juga gambar beberapa bintang pertama yang pernah lahir di alam semesta. Cermin utama ELT akan berdiameter 39 meter! Kubah penutupnya seukuran lapangan sepak bola. Kita berada di jurang pandangan Semesta yang belum pernah kita lihat sebelumnya dan pada akhirnya pemahaman baru tentang asal usul kita sendiri di alam semesta.

• Source :
• [1] A Galaxy is Making New Stars Faster Than its Black Hole Can Starve Them for Fuel – Universe Today
• [2] A Powerful new Laser Will Enhance Adaptive Optics – Universe Today
• [3] Atacama Large Millimeter/submillimeter Array | ALMA (almaobservatory.org)
• [4] Cosmic Cartographers Map Nearby Universe Revealing the Diversity of Star-Forming Galaxies – National Radio Astronomy Observatory (nrao.edu)
• [5] ELT | ESO
• [6] Galactic fireworks: new ESO images reveal stunning features of nearby galaxies | ESO
• [7] MUSE | ESO
• [8] The Universe in Formation. Hubble Sees 6 Examples of Merging Galaxies – Universe Today
• [9] PHANGS-HST | IPAC (caltech.edu)
• [10] [2104.07739] PHANGS-ALMA: Arcsecond CO(2-1) Imaging of Nearby Star-Forming Galaxies (arxiv.org)
  [11] The Galactic Beauty of Star Formation – Universe Today