Bintang Purba PicII-503: Kapsul Waktu Alam Semesta

Para astronom menemukan sebuah bintang di pinggiran galaksi katai Pictor II yang menyimpan jejak kimia dari awal alam semesta.

PicII-503. Bintang yang baru ditemukan ini berada pada galaksi Pictor II yang ultra redup. Galaksi yang berada 150.000 tahun cahaya di rasi Pictor ini hanya diisi oleh beberapa ribu bintang. 

Penemuan bintang pada sebuah galaksi tentu bukan sesuatu yang sangat istimewa. Jangan lupa kalau galaksi merupakan rumah untuk bintang-bintang. Tapi, galaksi Pictor II ini usianya lebih dari 10 miliar tahun, dan menurut para astronom bintang-bintang yang menghuni galaksi Pictor II usianya sekitar 10-12 miliar tahun. Itu artinya, galaksi Pictor II menyimpan bintang-bintang purba.

Kapsul Waktu

Bintang PicII-503 yang baru ditemukan di pinggiran galaksi Pictor II merupakan kapsul waktu yang menyimpan jejak kimiawi bintang-bintang generasi pertama di Alam Semesta.     Tak salah lagi, PicII-503 merupakan bintang purba dari masa awal Alam Semesta. 

Dan ini tampak pada komposisi kimianya.  Kok bisa?

Ketika alam semesta baru terbentuk, hanya ada dua unsur yakni hidrogen dan helium. Dan… sejumlah kecil lithium. 

Belum ada unsur lainnya. 

Kedua unsur inilah yang jadi komposisi utama bintang generasi pertama yang oleh para astronom dikategorikan sebagai Populasi III. Bintang-bintang Populasi III ini punya massa yang besar dan unsur di dalam bintangnya belum pernah mengalami daur ulang. Singkatnya, inilah bintang generasi pertama yang membawa jejak materi primordial setelah Ledakan Besar alias Big Bang. 

Setelah bintang generasi pertama terbentuk, terjadi reaksi fusi nuklir di pusat bintang yang membentuk unsur-unsur lebih berat dari helium dan hidrogen. Unsur berat yang dihasilkan itu seperti karbon dan besi. Para astronom menyebutnya unsur berat atau logam. 

Bintang generasi pertama memiliki massa besar sehingga akhir hidupnya juga bisa ditebak. Meledak sebagai supernova dan menyebar unsur-unsur berat yang ditempa di dalam bintang ke ruang antarbintang. 

Unsur-unsur berat inilah yang menjadi bahan baku bintang generasi berikutnya. Dan unsur-unsur inilah yang ditemukan dalam bintang PicII

Bintang PicII-503 ini adalah bintang generasi kedua yang mengandung unsur-unsur tempaan bintang generasi pertama. Sebuah kapsul waktu yang menyimpan cerita pembentukan bintang saat awal alam semesta. 

Miskin Besi, Kaya Karbon

Bintang PicII-503 memang punya komposisi kimia yang tidak biasa. Para astronom menemukan bintang ini punya kandungan besi paling rendah yang pernah diamati di luar Bimasakti. 

Tapi…. bintang ini punya karbon melimpah dengan rasio karbon terhadap besi mencapai lebih dari 1500 kali rasio yang ada di Matahari.

Kombinasi komposisi miskin besi tapi kaya karbon merupakan sidik jari khas dari bintang-bintang miskin logam tapi kaya karbon yang ada di halo Bimasakti.Para astronom sudah mengamati bintang-bintang ini sejak lama, tapi asal usulnya masih misterius. 

Bagaimana bintang-bintang ini bisa punya karbon berlimpah tapi miskin logam masih jadi teka teki. Tapi tampaknya teka teki itu memperoleh petunjuk baru. 

Bintang PicII-503 jadi jawabannya. 

Supernova energi rendah

Bintang generasi dua adalah kapsul waktu yang menyimpan unsur berat dalam jumlah kecil dari unsur-unsur yang terlontar saat bintang generasi pertama meledak. 

Pencarian bintang-bintang generasi dua yang rendah logam ini bisa jadi kunci penting memahami pembentukan unsur-unsur di Alam Semesta. Tapi, tidak mudah menemukan bintang dengan jejak elemen berat dari bintang generasi pertama. Karena bintang-bintang ini sangat langka. Namun, PicII-503 menjadi jadi jendela bagi para astronom untuk menjejak proses awal pembentukan unsur dalam sebuah sistem primordial yang belum diketahui sebelumnya.

Bagaimana bintang kaya karbon ini terbentuk? 

Berdasarkan salah satu hipotesis, bintang kaya karbon tapi miskin logam ini terbentuk dari sisa ledakan supernova berenergi rendah dari bintang generasi pertama. Berdasarkan teori ini, ketika bintang generasi pertama meledak, unsur berat seperti besi yang terbentuk di dekat interior bintang, jatuh ke objek kompak yang tersisa dari ledakan. Sementara itu, unsur yang lebih ringan seperti karbon, berada di dekat lapisan terluar bintang yang terlontar ke ruang angkasa saat ledakan terjadi.

Hasilnya? Materi antarbintang melimpah dengan karbon, tapi miskin besi. Materi inilah yang kemudian jadi bahan baku bintang generasi kedua. Dan materi yang sama ini yang membentuk PicII-503.

Penemuan bintang PicII-503 mendukung teori tersebut. Dan lokasinya jadi bukti penting.

Galaksi Pictor II adalah salah galaksi katai terkecil yang ditemukan. Jika supernova yang menghasilkan unsur logam di PicII-503 berenergi tinggi, maka unsur-unsur tersebut harusnya dengan mudah terlepas dari gravitasi galaksi katai Pictor II. Fakta bahwa unsur-unsur itu tetap tertahan di dalam Pictor II menguatkan skenario supernova berenergi rendah.

PicII-503 juga memperlihatkan kalau bintang kaya karbon dan miskin logam yang ada di halo Bimasakti berasal dari dari galaksi-galaksi katai purba yang seiring waktu sudah ditelan oleh galaksi kita. 

“What excites me the most is that we have observed an outcome of the very initial element production in a primordial galaxy, which is a fundamental observation!” says Chiti. “It also cleanly connects to the signature that we have seen in the lowest-metallicity Milky Way halo stars, tying together their origins and the first-star-enriched nature of these objects.”

Pengamatan

Penemuan PicII-503 seperti ini merupakan arkeologi kosmik yang mengungkap fosil bintang langka dengan jejak bintang generasi pertama yang masih tersimpan rapi di dalamnya. 

Tentu saja penemuan ini tidak akan berhasil tanpa instrumen yang tepat. 

PicII-503 berhasil diidentifikasi berkat DECam (Dark Energy Camera), kamera raksasa yang dipasang pada Teleskop Víctor M. Blanco 4 meter di Observatorium Cerro Tololo, Chile. DECam awalnya dirancang untuk memetakan energi gelap, tapi kemampuannya dalam mencitrakan area langit yang luas dengan sensitivitas tinggi menjadikannya alat yang ideal untuk survei arkeologi bintang.

Data PicII-503 berasal dari survei DECam MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK) yang merupakan program pengamatan selama 54 malam untuk mengidentifikasi bintang-bintang paling tua alias bintang purba di Bimasakti dan galaksi-galaksi katai pengiringnya. Para astronom menggunakan filter pita sempit yang sensitif terhadap garis serapan kalsium, sehingga mereka bisa memperkirakan kandungan logam ribuan bintang dari data pencitraan. 

Setelah MAGIC mengidentifikasi PicII-503 sebagai kandidat bintang miskin logam, tim astronom melakukan pengamatan lanjutan menggunakan Teleskop Magellan/Baade dan Very Large Telescope milik ESO untuk mengonfirmasi komposisi kimianya yang luar biasa.

PicII-503 yang berhasil ditemukan ini jadi jendela informasi penting untuk mengintip bab pertama evolusi kimia di Alam Semesta. Tahap awal evolusi kimia ini merupakan momen penting yang meletakkan dasar bagi planet, kimia, dan kehidupan itu sendiri. PicII-503  juga jadi bukti penting yang menghubungkan misteri bintang-bintang purba di Bimasakti dengan asal-usulnya di galaksi katai purba.