

Gambar bagian galaksi kita yang padat dan kaya akan bintang, Bima Sakti, diambil oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble. (Kredit: Tim Warisan NASA/ESA/Hubble)
SEATTLE — Atom karbon dalam tubuh Anda kemungkinan besar telah melakukan perjalanan lebih jauh dari yang Anda lakukan, mungkin ratusan ribu tahun cahaya ke luar angkasa dan kembali lagi. Sebuah studi baru mengungkapkan bagaimana galaksi, termasuk Bima Sakti kita, mengoperasikan sistem daur ulang yang sangat besar yang mengirimkan unsur-unsur pembentuk bintang seperti karbon dalam perjalanan epik melintasi ruang angkasa sebelum akhirnya menjadi bagian dari planet, dan bahkan makhluk hidup.
Kehidupan yang kita tahu bergantung sepenuhnya pada unsur-unsur yang tercipta di dalam bintang. Hampir semua atom yang lebih berat dari helium – termasuk karbon dalam DNA kita, oksigen yang kita hirup, dan zat besi dalam darah kita – ditempa di tungku bintang dan tersebar ke seluruh ruang angkasa ketika bintang-bintang tersebut mati. Namun alih-alih melayang tanpa tujuan di ruang angkasa, unsur-unsur penting ini tampaknya bergerak dalam arus besar seperti ban berjalan yang meluas jauh melampaui galaksi asalnya.
Dengan menggunakan Cosmic Origins Spectrograph dari Teleskop Luar Angkasa Hubble, tim peneliti internasional penulis utama Samantha Garza mempelajari sistem daur ulang galaksi ini – yang dikenal sebagai medium sirkumgalaksi (CGM) – dengan memeriksa bagaimana cahaya dari quasar jauh dipengaruhi oleh gas yang mengelilingi galaksi yang lebih dekat. Mereka secara khusus melacak karbon terionisasi rangkap tiga, suatu bentuk karbon yang telah kehilangan tiga elektron, yang berfungsi sebagai penanda penting komposisi dan kondisi CGM.
“Bayangkan medium sirkumgalaksi sebagai stasiun kereta raksasa: Ia terus-menerus mendorong material keluar dan menariknya kembali,” jelas Garza, kandidat doktor Universitas Washington, dalam sebuah pernyataan. “Elemen-elemen berat yang dihasilkan bintang-bintang terdorong keluar dari galaksi induknya dan masuk ke dalam medium sirkumgalaksi melalui kematian akibat ledakan supernova, di mana mereka pada akhirnya dapat ditarik kembali dan melanjutkan siklus pembentukan bintang dan planet.”


Penelitian yang dipublikasikan di Surat Jurnal Astrofisikamengungkapkan perbedaan mencolok antara galaksi pembentuk bintang aktif dan galaksi yang lebih tenang. Di antara galaksi yang masih aktif membentuk bintang, 72% menunjukkan sejumlah besar karbon di lingkaran cahaya di sekitarnya. Sebaliknya, hanya 23% galaksi pasif – galaksi yang sebagian besar sudah berhenti membentuk bintang – menunjukkan tanda karbon serupa. Dalam beberapa kasus, para peneliti mendeteksi karbon menyebar hampir 400.000 tahun cahaya ke luar angkasa, empat kali diameter galaksi kita.
“Implikasinya terhadap evolusi galaksi, dan sifat cadangan karbon yang tersedia bagi galaksi untuk membentuk bintang-bintang baru, sangatlah menarik,” kata Jessica Werk, profesor UW dan ketua Departemen Astronomi. “Karbon yang sama di tubuh kita kemungkinan besar menghabiskan banyak waktu di luar galaksi!”
Pola ini mencerminkan fenomena serupa yang sebelumnya ditemukan pada unsur lain, oksigen, yang menunjukkan bahwa hubungan antara aktivitas pembentukan bintang di galaksi dan sistem daur ulangnya merupakan hal mendasar bagi evolusi galaksi. Ada atau tidaknya unsur-unsur yang sangat terionisasi ini memberikan petunjuk penting tentang bagaimana galaksi mempertahankan kemampuannya untuk membentuk bintang-bintang baru – dan pada akhirnya menjadi planet yang dapat mendukung kehidupan.
Memahami sistem daur ulang kosmik ini dapat membantu menjelaskan mengapa galaksi pada akhirnya berhenti membentuk bintang. Jika siklus mendorong materi keluar dan menariknya kembali melambat atau terhenti, sebuah galaksi mungkin kehilangan sumber bahan bakarnya untuk menciptakan bintang-bintang baru.
Tim menghitung bahwa lingkaran cahaya galaksi ini mengandung karbon dalam jumlah besar – setidaknya 3 juta kali massa Matahari kita. Reservoir besar ini berada dalam radius sekitar 120.000 tahun cahaya dari pusat masing-masing galaksi, menyoroti besarnya skala sistem daur ulang galaksi dan potensi perannya dalam menyemai alam semesta dengan bahan-bahan penyusun kehidupan.
Metodologi
Para peneliti menganalisis cahaya dari sembilan quasar jauh yang melewati lingkaran cahaya gas dari sebelas galaksi pembentuk bintang menggunakan Cosmic Origins Spectrograph Hubble. Dengan memeriksa bagaimana cahaya ini diserap pada panjang gelombang tertentu, mereka dapat menentukan keberadaan dan jumlah karbon dalam sistem daur ulang galaksi tersebut. Mereka menggabungkan observasi baru ini dengan data arsip untuk mempelajari total 46 galaksi.
Hasil
Studi ini mengungkapkan perbedaan yang jelas antara sistem daur ulang galaksi pembentuk bintang dan galaksi pasif. Dari galaksi pembentuk bintang, 21 dari 29 galaksi menunjukkan deteksi karbon yang signifikan, sementara hanya 3 dari 13 galaksi pasif yang menunjukkan deteksi serupa. Analisis statistik menegaskan perbedaan ini signifikan dengan tingkat kepercayaan lebih dari 99%.
Keterbatasan
Meskipun penting untuk jenis observasi ini, ukuran sampel 46 galaksi relatif kecil. Beberapa fitur penyerapan sudah jenuh, yang berarti jumlah karbon sebenarnya mungkin lebih tinggi dari yang diukur. Studi ini berfokus pada galaksi-galaksi yang ukurannya serupa dengan Bima Sakti, sehingga temuan ini mungkin tidak berlaku untuk galaksi-galaksi yang jauh lebih besar atau lebih kecil.
Diskusi dan Kesimpulan
Penelitian ini mengungkap sistem daur ulang mendasar yang beroperasi pada skala galaksi, di mana unsur-unsur yang diciptakan oleh bintang melakukan perjalanan jauh ke luar angkasa sebelum kembali membentuk bintang, planet, dan kemungkinan kehidupan baru. Proses ini tampaknya penting untuk mempertahankan pembentukan bintang, dan potensi kerusakannya mungkin menjelaskan mengapa galaksi pada akhirnya berhenti membentuk bintang. Studi ini juga menunjukkan bahwa atom-atom dalam tubuh kita benar-benar merupakan penjelajah kosmik, yang kemungkinan besar menghabiskan banyak waktu dalam sistem daur ulang yang luas ini sebelum menjadi bagian dari Bumi.
Pendanaan dan Pengungkapan
Penelitian tersebut dilakukan dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble milik NASA/ESA melalui berbagai program, dengan pengamatan yang diperoleh di Space Telescope Science Institute. Studi ini mendapat dana dari NASA dan National Science Foundation.
Informasi Publikasi
Diterbitkan dalam The Astrophysical Journal Letters, Volume 978, Issue L12, Januari 2025. Penulisnya antara lain para peneliti dari University of Washington, National Research Council Herzberg Astronomy and Astrophysics, University of Colorado, North Carolina State University, dan University of Victoria.