Oksigen Tertua, Penanda Fajar Kosmis di Alam Semesta

Pembentukan bintang generasi pertama di alam semesta ternyata sudah dimulai sejak 250 juta tahun sejak Dentuman Besar. Sinyal dari oksigen tertua di alam semesta menjadi jejak penting untuk menelusuri pembentukan bintang dan galaksi pertama di alam semesta.Jangan bayangkan para astronom berhasil memotret sebuah bintang yang sangat tua ketika alam semesta masih muda. Yang ditemukan adalah jejak keberadaan oksigen yang berada luar biasa jauh dari Bumi, pada jarak 13,28 miliar tahun cahaya. Sinyal oksigen tersebut ditemukan berada pada sebuah galaksi jauh yang sudah ada saat alam semesta baru berusia 500 juta tahun. Galaksi jauh tersebut adalah MACS1149-JD1.

Citra gugus galaksi MACS J1149.5+2223 yang dipotret teleskop Hubble milik NASA/ESA. Inset: galaksi jauh MACS1149-JD1 dengan distribusi oksigen yang tampak berwarna merah. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), Tim CLASH, Hashimoto et al.
Citra gugus galaksi MACS J1149.5+2223 yang dipotret teleskop Hubble milik NASA/ESA. Inset: galaksi jauh MACS1149-JD1 dengan distribusi oksigen yang tampak berwarna merah. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), Tim CLASH, Hashimoto et al.

Sekilas MACS1149-JD1

Galaksi jauh MACS1149-JD1 ditemukan oleh Teleskop Hubble dan Teleskop Spitzer dengan bantuan efek pembesaran kosmik atau yang kita kenal dengan nama lensa gravitasi. Cahaya dari galaksi jauh tersebut diperkirakan memulai perjalanannya saat alam semesta baru berusia 500 juta tahun. Saat ditemukan, cahaya yang datang dan diterima oleh teleskop Hubble dan Spitzer juga memberi informasi lain. Cahaya tersebut sudah mengalami pergeseran ke panjang gelombang yang lebih panjang sebagai akibat pemuaian alam semesta. Galaksi ini sedang bergerak menjauh dari pengamat dengan pergeseran merah yang cukup besar yakni 9,6.

Penemuan MACS1149-JD1 oleh Hubble dan Spitzer pada tahun 2012 punya arti penting. MACS1149-JD1 ditemukan saat alam semesta sedang berada pada masa peralihan dari zaman kegelapan menuju era yang lebih terang ketika bintang dan galaksi sudah terbentuk. Masa ini dikenal sebagai epoh reionisasi yang dimulai sekitar 400000 tahun setelah Dentuman Besar. Pada epoh reionisasi inilah, hidrogen netral terbentuk dan bintang-bintang awal beserta galaksinya diperkirakan terbentuk beberapa ratus juta kemudian. Meskipun demikian, ada sinyal radio yang memberi indikasi kalau sidik jari bintang pertama sudah ada ketika alam semesta baru berusia 180 juta tahun.

Penemuan galaksi MACS1149-JD1 jelas membuka jendela baru bagi para astronom untuk mempelajari masa lalu alam semesta dan menelusuri kembali komponen-komponen penyusun alam semesta. Salah satunya adalah oksigen, elemen ketiga terbanyak di alam semesta yang juga berperan penting bagi kehidupan yang kita kenal di Bumi.

Oksigen yang ada di alam semesta saat ini terbentuk lewat pembakaran helium saat bintang berada pada fase raksasa merah. Karena itu, oksigen maupun unsur berat lainnya baru ada di alam semesta setelah bintang generasi pertama mengakhiri hidupnya dalam ledakan supernova.

Oksigen dari Alam Semesta Dini

Hasil pengamatan teleskop radio ALMA dan Very Large Telescope yang dipimpin oleh Takuya Hashimoto dari Osaka Sangyo University dan National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), berhasil mendeteksi keberadaan oksigen ketika alam semesta masih sangat muda.

Teleskop radio ALMA yang berada di Chile berhasil mendeteksi oksigen terionisasi pada galaksi jauh MACS1149-JD1. Sinyal Oksigen tersebut diketahui memancarkan cahaya inframerah yang sudah mengalami pergeseran merah akibat pemuaian alam semesta ke panjang gelombang mikro, sebelum teramati ALMA. Setelah melakukan perhitungan para astronom akhirnya bisa mengetahui kalau cahaya tersebut sudah berkelana selama 13,28 miliar tahun cahaya untuk mencapai Bumi. Itu artinya, untuk pertama kalinya para astronom berhasil mendeteksi keberadaan oksigen tertua dan terjauh di alam semesta.

Selain teleskop ALMA, VLT milik ESO juga berhasil mendeteksi pancaran hidrogen netral yang jaraknya juga sama dengan oksigen yang dideteksi ALMA.

Keberadaan oksigen pada galaksi MACS1149-JD1 jelas mengindikasikan kalau galaksi tersebut sudah memiliki bintang generasi kedua pada saat alam semesta baru berusia 500 juta tahun. Dari bintang-bintang pertama yang sudah mati inilah oksigen berasal. Dan itu artinya, bintang-bintang pertama di alam semesta sudah terbentuk lebih awal dari yang diperkirakan sebelumnya.

Untuk memahaminya, para astronom melakukan rekonstruksi sejarah pembentukan bintang dalam galaksi dari data inframerah yang diambil Teleskop Hubble dan Teleskop Spitzer. Hasilnya, pembentukan bintang-bintang awal atau bintang generasi pertama sudah dimulai sejak 250 juta tahun setelah Dentuman Besar!

Hasil rekonstruksi a.k.a pemodelan yang dibuat memperlihatkan kalau pembentukan bintang-bintang awal sudah dimulai sejak alam semesta baru berusia 250 juta tahun. Setelah bintang generasi pertama terbentuk, tampaknya terjadi kavakuman pembentukan bintang sampai saat alam semesta berusia 500 juta tahun.

Kevakuman terjadi karena saat bintang-bintang pertama terbentuk, gas yang ada dihembuskan menjauhi galaksi sehingg pembentukan bintang pun terhambat. Tapi gas kemudian kembali ke galaksi dan memicu pembentukan bintang generasi kedua.

Saat bintang-bintang generasi pertama mengakhiri hidupnya, oksigen sebagai unsur berat sudah terbentuk dan ada di ruang antar bintang. Diperkirakan bintang generasi pertama merupakan bintang – bintang raksasa yang snagat panas dan memiliki kala hidup yang singkat. Kelahiran bintang-bintang generasi kedua inilah yang kemudian mengionisasi oksigen dan emisi dari oksigen terionisasi inilah yang dideteksi ALMA.

Kehadiran oksigen ini mengindikasi keberadaan bintang-bintang dewasa atau yang sudah berevolusi lanjut saat alam semesta masih muda. Implikasinya, bintang-bintang pertama di alam semesta tampaknya terbentuk ketika alam semesta masih dalam masa kegelapan dan fajar kosmik belum dimulai. Masa ketika alam semesta belum bisa diamati dengan teleskop.

Ditulis oleh

Avivah Yamani

Avivah Yamani

Tukang cerita astronomi keliling a.k.a komunikator astronomi yang dulu pernah sibuk menguji kestabilan planet-planet di bintang lain. Sehari-hari menuangkan kisah alam semesta lewat tulisan dan audio sambil bermain game dan sesekali menulis makalah ilmiah terkait astronomi & komunikasi sains.

Avivah juga bekerja sebagai Project Director 365 Days Of Astronomy di Planetary Science Institute dan dipercaya IAU sebagai IAU OAO National Outreach Coordinator untuk Indonesia.