Centaurus A adalah galaksi aktif elips raksasa yang berjarak 12 juta tahun cahaya. Di jantungnya terdapat lubang hitam bermassa 55 juta matahari. Gambar komposit ini menunjukkan galaksi dan ruang antargalaksi di sekitarnya pada beberapa panjang gelombang berbeda. Plasma radio ditampilkan dalam warna biru dan tampak berinteraksi dengan gas pemancar sinar-X panas (oranye) dan hidrogen netral dingin (ungu). Awan yang memancarkan Halpha (merah) juga ditampilkan di atas bagian optik utama galaksi yang terletak di antara dua gumpalan radio paling terang. 'Latar belakangnya' berada pada panjang gelombang optik, menunjukkan bintang-bintang di Bima Sakti kita yang sebenarnya berada di latar depan. Kredit: Connor Matherne, Universitas Negeri Louisiana (Optik/Halpha), Kraft dkk. (sinar-X), Struve dkk. (HI), Ben McKinley, ICRAR/Curtin. (Radio).
Sungguh merendahkan hati sekaligus memotivasi kita untuk memikirkan betapa masih banyak yang harus kita pelajari tentang alam semesta. Saya dan kolaborator baru saja mengungkap salah satu misteri astrofisika yang abadi: bagaimana galaksi elips masif bisa terbentuk.
Kini, untuk pertama kalinya, kami memiliki bukti pengamatan kuat yang dapat memberikan jawabannya. Hasil kami baru-baru ini dipublikasikan di Alam.
Galaksi di alam semesta saat ini terbagi dalam dua kategori besar. Ada galaksi spiral, seperti Bima Sakti kita, yang kaya akan gas dan terus menerus membentuk bintang dalam piringan yang berputar. Ada juga galaksi elips, yang berukuran besar dan berbentuk bola, bukan datar, mirip dengan bola rugbi. Yang terakhir ini tidak menghasilkan bintang-bintang baru tetapi didominasi oleh bintang-bintang yang terbentuk lebih dari 10 miliar tahun yang lalu.
Pembentukan galaksi elips telah lama sulit dijelaskan dengan model kosmologis yang menggambarkan evolusi alam semesta dari Big Bang hingga sekarang. Salah satu tantangannya adalah pembentukan bintang pada era ketika galaksi elips terbentuk (10 miliar hingga 12 miliar tahun lalu) diperkirakan terjadi dalam cakram besar yang berputar, mirip dengan Bima Sakti kita.
Lalu bagaimana galaksi mengubah bentuknya dari galaksi cakram datar menjadi galaksi elips tiga dimensi?
Pengamatan dengan Alma
Dengan menganalisis data dari Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), kami mengidentifikasi tempat lahirnya galaksi elips raksasa. Kami menemukan bahwa galaksi elips lokal dapat terbentuk melalui episode pembentukan bintang yang intens dan berumur pendek di awal alam semesta, dibandingkan dengan galaksi yang awalnya berbentuk cakram yang berputar dan menjadi lebih elips seiring berjalannya waktu.
Studi kami meneliti distribusi debu di lebih dari 100 galaksi jauh, yang kita tahu membentuk banyak bintang ketika alam semesta berusia antara 2,2 miliar dan 5,9 miliar tahun. Debu menunjukkan adanya gas – bahan yang membentuk bintang-bintang baru – dan memungkinkan kita mempelajari wilayah dalam galaksi yang secara aktif membentuk bintang-bintang baru.
Dengan menggunakan teknik pengamatan baru, kami menemukan bahwa debu di galaksi jauh ini sangat padat dan tidak seperti yang diharapkan dari galaksi berbentuk cakram datar. Selain itu, kami dapat menyimpulkan geometri tiga dimensi dari daerah yang mengeluarkan debu. Analisis ini menunjukkan bahwa sebagian besar galaksi awal pembentuk bintang sebenarnya berbentuk bola, bukan berbentuk cakram. Faktanya, mereka sangat mirip dengan bentuk galaksi elips di dekat kita saat ini.
Kami kemudian menggunakan simulasi komputer kosmologis untuk menafsirkan hasil observasi dan memahami mekanisme fisik yang mungkin menyebabkan debu dan gas tenggelam ke pusat galaksi jauh yang membentuk bintang.
Analisis kami mengungkapkan bahwa aliran gas dingin dari galaksi sekitar bersamaan dengan interaksi dan penggabungan galaksi dapat mendorong gas dan debu menjadi inti padat pembentuk bintang di dalam galaksi tersebut. Simulasi tersebut juga menunjukkan kepada kita bahwa proses ini biasa terjadi di alam semesta awal, sehingga memberikan penjelasan penting atas pembentukan galaksi elips yang cepat.
Temuan kami menambah bagian penting pada teka-teki ini, meningkatkan pemahaman kita tentang pembentukan dan evolusi galaksi.
Sebuah teknik observasi baru
Penemuan ini dimungkinkan oleh teknik baru untuk menganalisis pengamatan ALMA. Data ALMA berbeda dengan gambar yang biasa kita lihat dari teleskop optik. Faktanya, ALMA beroperasi dengan menggabungkan sinyal dari beberapa antena yang bekerja sama sebagai satu teleskop raksasa.
Teknik ini dikenal sebagai interferometri, dan meskipun memungkinkan untuk memperoleh gambar galaksi jauh yang tajam, analisis datanya lebih kompleks dibandingkan gambar optik tradisional. Teknik baru kami memungkinkan pengukuran distribusi debu yang lebih tepat dibandingkan metode sebelumnya, sehingga menawarkan kemajuan signifikan dalam bidang ini.
Untuk penelitian ini kami menggunakan arsip, data ALMA akses terbuka yang dikumpulkan selama beberapa tahun. Hal ini menyoroti kekuatan data sumber terbuka, tempat para ilmuwan berbagi temuan mereka, dan kolaborasi di seluruh dunia dalam mendorong terobosan ilmiah.
Pengamatan di masa depan dengan teleskop luar angkasa JWST dan Euclid akan memetakan lebih jauh distribusi bintang-bintang di nenek moyang jauh galaksi elips saat ini. Dan Teleskop Sangat Besar, dengan cermin selebar 39 meter, akan memberikan detail inti pembentuk bintang di galaksi jauh yang belum pernah ada sebelumnya.
Selain itu, pengamatan yang lebih tajam terhadap dinamika gas dengan ALMA dan Very Large Telescope akan mengungkap bagaimana gas bergerak menuju pusat galaksi, memicu pembentukan bintang, dan membentuk galaksi yang kita lihat sekarang.
