Melacak Massa Bima Sakti

Para astronom berhasil mengukur massa Bima Sakti dengan data Teleskop Hubble dan Satelit Gaia. Hasilnya, massa Bima Sakti sekitar 1,5 triliun massa Matahari.

Bagaimana cara para astronom mengetahui massa Bima Sakti?

Sejak tahun 1920-an, para astronom telah melakukan pengukuran massa Bima Sakti lewat beragam teknik observasi. Tapi, seiring perkembangan teknologi, perhitungan yang dilakukan juga semakin baik dan akurat.

Menjejak Massa Galaksi

Kita bisa mengetahui massa sebuah galaksi dari gerak bintang-bintang yang ada di dalam galaksi tersebut. Semakin cepat bintang bergerak maka galaksi akan semakin masif. Hal ini terjadi karena semakin masif sebuah galaksi, gravitasi akan semakin kuat, dan percepatan yang dihasilkan pada bintang juga semakin besar. Dari kecepatan bintang, kita bisa mengetahui gravitasi sebuah galaksi. Gravitasi bergantung pada massa dan jarak. Jika kita bisa mengetahui ukuran bintang – bintang yang mengorbit, maka massa galaksi bisa ditentukan.

Hal yang sama seharusnya bisa diterapkan pada Bima Sakti. Tapi ternyata tidak semudah itu. Bima Sakti tidak hanya disusun oleh bintang-bintang beserta planet, gas dan debu saja. Setidaknya 95% dari massa Bima Sakti merupakan materi gelap yang tidak tampak. Meskipun tak terlihat, materi gelap tetaplah materi yang punya massa. Jika memiliki massa, maka tentu juga memiliki gravitasi. Dengan demikian, kita bisa mengetahui keberadaan materi gelap ini dari pengaruh gravitasinya pada bintang dan awan gas.

Bukan hanya BIma Sakti. Materi gelap juga mendominasi galaksi lain. Akan tetapi, para astronom bisa mengetahui keberadaan materi gelap dari cahaya galaksi jauh yang dibengkokkan oleh galaksi yang diamati (berada di antara pengamat dan galaksi jauh). Semakin besar distorsinya, semakin kuat pula gangguan gravitasi dari galaksi yang mengintervensi cahaya galaksi jauh tersebut. Dan kita bisa mengetahui seberapa besar massa galaksi yang mengintervensi tersebut dari gravitasinya.

Cara ini tidak bisa diterapkan pada Bima Sakti karena kita berada di dalamnya dan tidak bisa melihat dari luar efek pembengkokkan cahaya tersebut.

Mengukur Massa Bima Sakti

Kita berada di Bumi yang mengitari Matahari, dari salah satu lengan spiral Bima Sakti. Kita bisa mempelajari Bima Sakti dari sudut pandang Bumi. Dengan bantuan teleskop, telah diketahui bahwa Bima Sakti ini merupakan piringan pipih dengan lengan spiral yang mengelilingi tonjolan bundar berisi bintang dengan inti galaksi berupa lubang hitam supermasif. Tak hanya itu, ada juga halo bintang yang mengelilingi seluruh Bima Sakti, galaksi satelit yang mengorbit Bima Sakti, maupun gugus bintang.

Perkiraan massa 200 miliar bintang di Bima Sakti bisa diperkirakan termasuk 4 juta massa Matahari lubang hitam supermasif di pusat galaksi. Akan tetapi, ini hanya sebagian kecil dari keseluruhan massa Bima Sakti.

Jadi bagaimana kita bisa mengetahui massa dari Bima Sakti jika massa materi gelap tidak diketahui massa materi gelap? Lagi-lagi, kita mengetahuinya dari efek yang ditimbulkan gravitasi pada benda-benda yang ada di Bima Sakti. Semakin cepat objek bergerak, maka semakin kuat gravitasi yang mengikat agar objek tetap mengorbit dan tidak lepas ke ruang antargalaksi. Gravitasi kuat artinya massa makin besar.

Ada beberapa metode yang digunakan untuk mengukur massa Bima Sakti.

Jejak Bintang

Untuk memperkirakan massa Bima Sakti, para astronom menggunakan gerak gas dan bintang dalam piringan galaksi yang tampak. Masalahnya, tidak mudah untuk bisa mengukur dengan presisi kecepatan gas dan bintang.

Survei yang dilakukan oleh pengamat hanya bisa mengukur kecepatan bintang mendekat dan menjauh dari Matahari dan bukan mengukur jejak bintang di angkasa. Untuk jarak objek, cara paling akurat dengan pengukuran paralaks seperti yang dilakukan oleh satelit HIPPARCOS pada lebih dari 100.000 bintang yang berada pada jarak beberapa ratus tahun cahaya.

Palung Kelahiran Bintang

Cara lain yang digunakan adalah pengukuran masers (microwave amplification by stimulated emission of radiation), area pembentukan bintang yang padat dan memancarkan gelombang mikro. Untuk mengetahui massa Bima Sakti, para astronom melakukan pengukuran area pembentukan yang sama pada waktu berbeda dalam satu tahun untuk melihat perubahan posisi. Dengan cara ini jarak bisa diketahui. Ternyata, dari jarak tersebut, masers mengorbit pusat galaksi lebih cepat dari seharusnya. Dengan demikian diketahui ada massa tambahan yang menjaga palung kelahiran bintang tersebut di orbitnya.

Dari pengamatan masers diketahui kalau massa Bima Sakti sekitar 3 triliun massa Matahari. Tapi, pengukuran masers ini memiliki keterbatasan hanya sampai pada tepi piringan galaksi yang tampak. Dan itu jaraknya hanya sampai sekitar 60.000 tahun cahaya dari pusat galaksi. Sementara itu, massa Bima Sakti diperkirakan merentang lebih jauh dari itu sampai jarak 650.000 tahun cahaya.

Piringan Galaksi

Para astronom mengukur massa Bima Sakti dengan mengonversi kecepatan rotasi ke massa. Untuk itu diperlukan pemodelan distribusi materi gelap dalam galaksi. Problemnya tidak ada yang mengetahui seberapa besar sebaran massa termasuk massa materi gelap di luar piringan galaksi karena di luar piringan tersebut tidak ada objek lain yang bisa dihitung jarak dan kecepatannya. Piringan galaksi berisi bintang-bintang terang massa besar.

Bintang Yang Bergerak Cepat

Cara lain untuk mengetahui massa adalah dengan menjejak area terjauh dari Bima Sakti. Untuk itu para astronom melakukan pelacakan bintang-bintang tercepat di dekat Matahari. Sebagian bintang tersebut bergerak dalam orbit yang lonjong sehingga bisa mencapai tepian galaksi. Dengan demikian kita bisa mengetahui seberapa besar materi yang dibutuhkan untuk menjaga bintang-bintang ini untuk tetap mengorbit.

Tapi, cara ini juga punya keterbatasan yakni hanya bisa menghasilkan massa minimum galaksi yang dibutuhkan untuk menjaga bintang tidak lepas.

Gugus Bola

Untuk memecahkan masalah metode pengukuran yang ada, pengukuran massa sampai ke tepi Bima Sakti dilakukan dengan pengukuran gerak galaksi satelit ataupun gugus bola yang ada dalam halo galaksi. Objek-objek ini bisa ditemukan sampai jarak 300.000 tahun cahaya.

Dalam penelitian terbaru kali ini, para astronom menggunakan data pengamatan gugus bola dari Teleskop Hubble dan Satelit Gaia. Yang diukur adalah kecepatan gugus bola mengorbit dan karena jarak juga diketahui maka massa pun diketahui. Tidak mudah karena dari sudut pandang pengamat, objek yang sangat jauh akan memiliki gerak semu yang sangat kecil.

Tapi, bukan tidak mungkin. Satelit Gaia dirancang untuk mengamati lebih dari 1 miliar bintang di Bima Sakti untuk diukur posisi, warna, dan geraknya. Bintang-bintang ini termasuk yang ada di gugus bola. Dari pengamatan Gaia diperoleh gerak gugus bola dan dengan spektrum bisa diperoleh juga pergeseran Doppler, yang ada akhirnya memberi informasi kecepatan gugus bola tersebut!

Di Bima Sakti, ada sekitar 157 gugus bola yang mengitari pusat galaksi. Dalam pengukuran ini, para astronom menggunakan data 34 gugus bola dari 75 gugus bola yang diamati Gaia. Gugus bola tersebut memiliki jarak antara 6500 — 70.000 tahun cahaya dari pusat galaksi. Selain dari Gaia, data pengamatan Teleskop Hubble dari 16 gugus bola yang berada pada jarak sampai 130.000 tahun cahaya juga digunakan.

Massa Bima Sakti

Dari perhitungan yang dilakukan, diperoleh massa Bima Sakti 1,54 triliun massa Matahari dengan ketidakpastian 0,75 triliun dan -0,44 triliun. Dengan demikian, massa galaksi kita ini bisa merentang antara 0,79 triliun — 2,29 triliun massa Matahari. Dari hasil pengukuran ini, Bima Sakti bisa disimpulkan merupakan galaksi normal di alam semesta. Galaksi paling ringan memiliki massa 1 miliar massa Matahari dan yang paling masif sekitar 30 triliun massa Matahari.

Informasi massa Bima Sakti ini penting karena tentunya mempengaruhi galaksi satelit yang mengorbit galaksi kita maupun untuk interaksi dengan galaksi lain. Kita bisa memperkirakan apakah galaksi satelit yang ada hanya lewat atau mengorbit Bima Sakti. Apakah mereka akan tetap mengorbit ataukah akan bertabrakan dengan Bima Sakti, seperti halnya galaksi Andromeda kelak, dan apa yang terjadi setelah tabrakan.