

Gambar dari Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA ini menunjukkan sebagian dari galaksi katai Leo P (bintang di kanan bawah ditunjukkan dengan warna biru). Leo P adalah galaksi pembentuk bintang yang terletak sekitar 5 juta tahun cahaya di konstelasi Leo. Sebuah tim ilmuwan mengumpulkan data dari sekitar 15.000 bintang di Leo P untuk menyimpulkan sejarah pembentukan bintangnya. (Kredit: Kristen McQuinn/Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA)
Teleskop Webb mengungkap bagaimana galaksi dapat menghindari kematian dengan berhenti sejenak dari pembentukan bintang
Pendeknya
- Para ilmuwan menemukan bahwa sebuah galaksi kecil bernama Leo P mengambil jeda 2,5 miliar tahun dari pembentukan bintang pada awal kehidupannya – namun entah bagaimana tetap bertahan, tidak seperti banyak galaksi berukuran serupa yang mati selama periode ini.
- Isolasi Leo P dari galaksi yang lebih besar tampaknya menjadi kunci kelangsungan hidupnya, menunjukkan bahwa lingkungan sebuah galaksi mungkin sama pentingnya dengan ukurannya dalam menentukan apakah ia hidup atau mati.
- Pola jeda dan memulai kembali pembentukan bintang kini telah terlihat di empat galaksi kecil yang terisolasi, mengisyaratkan bahwa ini mungkin merupakan strategi kelangsungan hidup yang umum bagi galaksi terkecil di alam semesta.
BRUNSWICK BARU, NJ — Tiga belas miliar tahun yang lalu, sebuah galaksi kecil melakukan sesuatu yang aneh – berhenti menghasilkan bintang. Kemudian, setelah jeda kosmik yang berlangsung selama miliaran tahun, hal itu dimulai lagi. Pola ini, ditemukan di sebuah galaksi yang disebut Leo Pmemberikan para astronom di Universitas Rutgers wawasan baru tentang bagaimana galaksi paling awal dan terkecil berhasil bertahan di masa muda alam semesta yang penuh gejolak.
Terletak di konstelasi Leo sekitar 1,62 juta tahun cahaya, Leo P adalah a ringan kosmik. Meskipun Bima Sakti kita berisi sekitar 100-400 miliar bintang, Leo P hanya berisi sekitar 290.000 bintang. Huruf “P” dalam namanya berarti “murni”, yang mencerminkan sifat primitifnya. Ia hanya mengandung sekitar 3% unsur berat yang ditemukan di Matahari kita, sehingga sangat mirip dengan galaksi pertama yang terbentuk di alam semesta. Penelitian yang dipublikasikan di Jurnal Astrofisikamewakili salah satu analisis paling rinci tentang galaksi murni yang pernah dilakukan.
Apa yang membuat Leo P istimewa adalah keterasingannya. Letaknya cukup jauh dari Grup Lokal (gugus galaksi yang mencakup Bima Sakti kita) berkembang tanpa dipengaruhi oleh medan gravitasi sistem bintang yang lebih besar. Leo P menyediakan “laboratorium unik untuk mengeksplorasi evolusi awal galaksi bermassa rendah secara mendetail,” tulis penulis utama studi Kristen McQuinn, dari Space Telescope Science Institute dan Rutgers University, dalam sebuah pernyataan.
Dengan menggunakan kemampuan pengamatan JWST yang kuat, tim peneliti mempelajari bintang-bintang di Leo P yang berusia sekitar 13 miliar tahun. Bintang-bintang kuno ini berfungsi sebagai “catatan fosil” pembentukan bintang sejak masa awal alam semesta, sehingga memungkinkan para astronom mengumpulkan sejarah galaksi tanpa harus mengamati masa lalunya secara langsung.
Pengamatan mengungkapkan tiga bab berbeda dalam sejarah Leo P. Galaksi mulai membentuk bintang-bintang pada tahun-tahun awal alam semesta tetapi kemudian mengalami sesuatu yang tidak terduga: jeda berkepanjangan dalam pembentukan bintang yang berlangsung sekitar 2,5 miliar tahun. Jeda ini bertepatan dengan Zaman Reionisasiperiode antara 150 juta hingga satu miliar tahun setelah Big Bang ketika bintang dan galaksi pertama mulai membanjiri alam semesta dengan cahaya energik. Setelah jeda yang panjang ini, Leo P kembali membuat bintang dan terus melakukannya hingga hari ini.


Tim peneliti membandingkan sejarah Leo P dengan tiga galaksi kecil terisolasi serupa lainnya, Aquarius, Leo A, dan WLM. Yang mengejutkan, keempatnya menunjukkan pola pembentukan bintang awal yang serupa, diikuti jeda panjang, dan kemudian aktivitas bintang baru. Meskipun ukuran sampelnya kecil, konsistensinya menunjukkan bahwa ini mungkin merupakan jalur umum galaksi-galaksi kecil yang terisolasi, dan bukan suatu kebetulan kosmik.
Hal yang sangat menarik tentang Leo P adalah bahwa selama periode reionisasi alam semesta, jumlah bintang yang dimilikinya bahkan lebih sedikit dibandingkan galaksi terkecil yang diketahui yang berhenti membentuk bintang sepenuhnya selama periode ini. Hal ini menunjukkan bahwa nasib sebuah galaksi tidak ditentukan oleh ukurannya saja; lingkungannya memainkan peran penting dalam kelangsungan hidup dan evolusinya.
“Jika tren ini bertahan, hal ini memberikan wawasan tentang pertumbuhan struktur bermassa rendah yang tidak hanya menjadi kendala mendasar dalam pembentukan struktur tetapi juga menjadi tolok ukur untuk simulasi kosmologis,” jelas McQuinn. Pengetahuan ini akan membantu para astronom lebih memahami garis waktu peristiwa kosmik dan proses yang mengarah pada penciptaan bintang.
Implikasinya lebih dari sekadar memahami evolusi galaksi. Selama jeda panjang dalam pembentukan bintang, galaksi-galaksi kecil ini menghasilkan sangat sedikit sinar ultraviolet, membantu menjelaskan mengapa para astronom mengamati lebih sedikit galaksi terang dari yang diperkirakan selama periode tertentu dalam sejarah kosmik.
Ketika teleskop seperti JWST terus mengintip lebih dalam ke ruang dan waktu, kisah Leo P mungkin hanyalah permulaan. Penemuan pola ini di beberapa galaksi kecil yang terisolasi menunjukkan bahwa para astronom mungkin perlu merevisi model mereka tentang bagaimana galaksi terkecil berevolusi di awal alam semesta, dan berapa banyak galaksi yang mungkin bertahan melalui periode dormansi serupa.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Tim peneliti menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA untuk mengamati Leo P selama kurang lebih 36 jam, menggunakan tiga filter berbeda pada instrumen teleskop NIRCam (F090W, F150W, dan F277W). Kemampuan teleskop yang kuat memungkinkan mereka mendeteksi bintang-bintang individual di dalam galaksi, termasuk bintang-bintang di bawah apa yang oleh para astronom disebut sebagai “titik balik deret utama tertua” – yang pada dasarnya memungkinkan mereka melihat bintang-bintang tertua yang masih hidup di galaksi. Dengan menggunakan model komputer yang canggih, mereka membandingkan kecerahan dan warna bintang yang diamati dengan prediksi teoretis, sehingga memungkinkan mereka merekonstruksi sejarah pembentukan bintang di galaksi dari waktu ke waktu. Tim juga menganalisis pengamatan tiga galaksi katai terisolasi lainnya (Aquarius, Leo A, dan WLM) untuk perbandingan.
Hasil
Studi tersebut mengungkapkan bahwa Leo P mengalami tiga fase berbeda dalam pembentukan bintang:
- Periode awal pembentukan bintang yang berakhir sekitar 12,6 miliar tahun yang lalu, saat galaksi membentuk sekitar 15% dari total bintangnya
- Jeda berkepanjangan berlangsung sekitar 2,5 miliar tahun
- Pembentukan bintang baru yang berlanjut hingga saat ini
Tim juga menemukan bahwa Leo P sangat miskin logam, hanya mengandung 3% unsur berat yang ditemukan di Matahari kita. Hal ini membuatnya mirip dengan galaksi primordial yang ada di alam semesta awal. Total massa bintang galaksi saat ini kira-kira 290.000 kali massa Matahari kita.
Keterbatasan
Meskipun temuan ini signifikan, ada beberapa keterbatasan penting yang perlu dipertimbangkan:
- Ukuran sampel dari empat galaksi yang menunjukkan pola serupa relatif kecil
- Ada ketidakpastian yang melekat dalam menentukan umur populasi bintang yang sangat tua
- Model teoretis yang digunakan untuk menafsirkan observasi terus disempurnakan
- Tim tersebut hanya dapat mempelajari galaksi-galaksi yang bertahan hingga saat ini, dan berpotensi kehilangan pola evolusi lain yang mungkin ada di galaksi-galaksi yang tidak bertahan.
Diskusi dan Kesimpulan
- Lingkungan galaksi, bukan hanya massanya, memainkan peran penting dalam evolusinya
- Pola pembentukan bintang yang terhenti dan diperbarui mungkin lebih umum terjadi daripada yang diperkirakan sebelumnya
- Berkurangnya keluaran sinar ultraviolet di galaksi-galaksi kecil selama periode “jeda” berdampak pada pemahaman kita tentang evolusi alam semesta
- Temuan ini memberikan tolok ukur baru untuk simulasi kosmologis dan model pembentukan galaksi
Pendanaan dan Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh NASA melalui hibah No. JWST-GO-1617 dari Space Telescope Science Institute di bawah kontrak NASA NAS5-26555. Tim peneliti tersebut terdiri dari ilmuwan dari Rutgers University (termasuk Alyson Brooks, Roger Cohen, dan Max Newman dari Departemen Fisika dan Astronomi), Space Telescope Science Institute, dan beberapa institusi lainnya.
Informasi Publikasi
Penelitian bertajuk “Sejarah Pembentukan Bintang Kuno dari Galaksi Bermassa Sangat Rendah Leo P: Tren yang Muncul dari Jeda Pasca-reionisasi dalam Formasi Bintang,” diterbitkan di Jurnal Astrofisika (Volume 976, Edisi 60) pada tanggal 20 November 2024. Penelitian ini dipimpin oleh Kristen BW McQuinn, dengan kontribusi dari berbagai kolaborator internasional.