ALMA Melihat Kelahiran Bayi Bintang di Alam Semesta Dini

Bertepatan dengan diresmikannya Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), serangkaian hasil pengamatan dari teleskop radio raksasa di Gurun Atacama, Chili ini juga dirilis di jurnal Nature 14 Maret 2013 dan Astrophysical Journal.

Montase yang menggabungkan citra dari ALMA dan Teleskop Hubble NASA/ESA untuk 5 galaksi jauh. Citra ALMA direpresentasikan dengan warna merah menunjukkan galaksi jauh, dimana galaksi latar belakang mengalami distorsi oleh efek lensa gravitasi yang dihasilkan galaksi latar depan yang diwakili oleh data Hubble yang berwarna bitu. Galaksi latar belakang tampak melengkung membentuk cincin cahaya. Kredit: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), J. Vieira et al.

Kelahiran Bintang
Ledakan besar kelahiran bintang-bintang di alam semesta diyakini terjadi di alam semesta dini, di dalam galaksi terang yang sangat masif. Galaksi “starburst” mengkonversi waduk gas dan debu raksasa kosmik menjadi bintang – bintang baru dengan kecepatan tinggi, ratusan kali lebih cepat dibanding ketika berada dalam galaksi spiral seperti di Bima Sakti.

Galaksi starburst merupakan galaksi yang sedang mengalami pembentukan bintang dengan laju yang sangattttttt cepat jika dibanding dengan laju rata-rata pembentukan yang diamati terjadi di galaksi pada umumnya. Di dalam galaksi starburst, laju pembentukan bintang sangat besar sehingga memakan habis semua gas dengan skala waktu pembentukan jauh lebih pendek dari umur galaksi itu sendiri.

Dengan mata yang bisa memandang jauh ke kedalaman semesta, terutama pada galaksi yang sangat jauh dimana cahayanya butuh waktu milyaran tahun untuk bisa mencapai kita maka astronom dapat mengamati waktu-waktu sibuk ketika alam semesta masih sangat muda.

Semakin jauh sebuah galaksi, maka semakin jauh pula waktu di masa lalu yang kita amati. Karena itu, dengan mengukur jaraknya kita bisa mengetahui linimasa dari kerasnya alam semesta ketika membentuk bintang baru pada berbagai tahapan usia semenjak 13,7 milyar tahun perjalanan sejarahnya.

Pengamatan untuk melihat detil kelahiran bintang di masa alam semesta dini itulah yang dilakukan Joaquin Vieira (California Institute of Technology, USA) bersama timnya. Galaksi Starburst yang dilihat para astronom pertama kalinya dengan South Pole Telescope (SPT) 10 meter milik National Science Foundation. Setelah itu, barulah mereka melakukan pengamatan lanjutan dengan ALMA untuk mendapatkan data yang lebih detil lagi sehingga mereka bisa mempelajari bayi bintang di alam semesta yang masih sangat muda.

Yang mengejutkan, mereka justru menemukan banyak galaksi jauh dimana pembentukan bintang sedang terjadi pada jarak yang lebih jauh lagi. Artinya, rata-rata kelahiran bintang terjadi 12 milyar tahun lalu saat alam semesta masih berusia kurang dari 2 milyar tahun. Perkiraan awal para astronom, dominasi kelahiran bintang di alam semesta dini terjadi pada usia sekitar 3 milyar tahun.

Di antara galaksi-galaksi yang diamati, dua di antaranya merupakan yang terjauh. Bahkan karena jauhnya, cahaya dari galaksi itu sudah memulai perjalanannya ketika alam semesta baru berusia 1 milyar tahun. Dan di salah satu galaksi yang diamati, air merupakan molekuk yang terdeteksi keberadaannya dan menempatkan galaksi tersebut sebagai obyek teramati yang memiliki air terjauh di kosmos.

Pengamatan
Pengamatan yang dilakukan ALMA memungkinkan tim untuk mengumpulkan cahaya dari 26 galaksi sejenis pada panjang gelombang sekitar 3 milimeter. Cahaya pada panjang gelombang tertentu di galaksi bisa dihasilkan oleh molekul gas di galaksi dan panjang gelombang kemudian mengalami pemuaian oleh alam semesta yang memuai sehingga butuh waktu lama untuk mencapai pengamat di Bumi. Dengan menghitung panjang gelombang yang memuai, astronom dapat menghitung waktu yang ditempuh cahaya dan menempatkan setiap galaksi dalam titik yang tepat dalam sejarah kosmik.

Teleskop-teleskop ALMA yang memiliki sensitifitas tinggi dan rentang panjang gelombang yang lebar memungkinkan para ilmuan melakukan pengukuran setiap galaksi hanya dalam beberapa menit – atau ratusan kali lebih cepat dari sebelumnya. Sebelumnya, pengukuran seperti ini membutuhkan penggabungan data pada cahaya tampak dan data teleskop radio untuk kemudian dilakukan proses penghitungan yang cukup memakan waktu lama.

Meskipun pengamatan ALMA bisa memberikan jawaban untuk mengetahui jarak galaksi-galaksi jauh itu, tapi untuk beberapa galaksi para astronom memilih untuk menggabungkan datanya dengan data teleskop lain, di antaranya data dari Atacama Pathfinder Experiment (APEX) dan Very Large Telescope milik ESO.

Pengamatan Lensa Gravitasi. Kredit: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

Penemuan galaksi-galaksi jauh oleh ALMA ini dilakukan tanpa memanfaatkan seluruh teleskop ALMA. Dari 66 antena raksasa, hanya 16 antena yang digunakan untuk melakukan pengamatan. Bayangkan, baru 16 antena saja sudah bisa memberikan hasil luar biasa, apalagi kalau ke-66 antena bergabung menjadi sebuah teleskop tunggal. Saat ke-66 teleskop bekerja kelak, maka ALMA akan memiliki sensitifitas yang jauh lebih tinggi lagi dan dapat mendeteksi galaksi redup. Tapi untuk saat ini, tim astronom masih menargetkan galaksi-galaksi terang dengan memanfaatkan teknik lensa mikrogravitasi, efek yang diprediksi keberadaannya dalam teori relativitas umum Einstein. Cahaya yang datang akan terdistorsi gravitasi galaksi latardepan yang bergungsi sebagai lensa sehingga sumber cahaya dari jauh itu tampak jadi lebih terang.

Untuk bisa memahami lebih baik lagi seberapa besar lensa gravitasi memperkuat kecerlangan galaksi-galaksi tersebut, tim peneliti di bawah pimpinan Joaquin Vieira mengambil citra yang lebih tajam menggunakan pengamatan yang dilakukan ALMA pada panjang gelombang 0,9 mm.

Menurut Yashar Hezaveh (McGill University, Montreal, Canada) yang memimpin pengamatan lensa gravitasi, “citra indah dari ALMA menunjukkan galaksi latar belakang yang melengkung dalam beberapa busur cahaya yang dikenal sebagai cincin Einstein, yang melingkari galaksi yang ada di latar depan. Kami menggunakan sejumlah besar materi gelap di sekeliling galaksi dalam setengah perjalanannya di alam semesta untuk menjadi teleskop kosmik agar lebih banyak lagi galaksi jauh yang tampak lebih besar dna terang.”

Analisa dari distorsi yang terjadi pada cahaya menunjukkan sebagian galaksi jauh pembentuk bintang memiliki kecerlangan 40 trilyun Matahari dan diperkuat 22 kali oleh lensa gravitasi. Menurut Carlos De Breuck (ESO), hanya ada beberapa galaksi akibat lensa gravitasi yang ditemukan pada panjang gelombang milimeter sebelumnya. Namun kerjasama antara SPT dan ALMA berhasil menemukan lusinan galaksi seperti itu. Hasil ini sekaligus menunjukkan kemampuan ALMA yang luar biasa sebagai pemain baru dalam kancah mencari galaksi-galaksi jauh di alam semesta dini.

Penemuan galaksi-galaksi starburst merupakan langkah awal yang baik bagi ALMA maupun untuk bidang kajian galaksi starburst. Langkah berikutnya adalah mempelajari obyek yang sudah ditemukan dan mempelajari lebih jauh bagaimana dan mengapa galaksi-galaksi tersebut bisa memproduksi bintang dengan laju yang luar biasa cepat.