Konsepsi seniman tentang galaksi Bima Sakti. Kredit: Pablo Carlos Budassi

Kira-kira 13,8 miliar tahun yang lalu, Alam Semesta kita lahir dalam ledakan besar yang memunculkan partikel subatomik pertama dan hukum fisika seperti yang kita kenal. Sekitar 370.000 tahun kemudian, hidrogen telah terbentuk, bahan penyusun bintang, yang menggabungkan hidrogen dan helium di bagian dalamnya untuk menciptakan semua elemen yang lebih berat. Sementara hidrogen tetap menjadi elemen yang paling meresap di alam semesta, mungkin sulit untuk mendeteksi awan gas hidrogen individu dalam medium antarbintang (ISM).

Hal ini membuat sulit untuk meneliti fase awal pembentukan bintang, yang akan memberikan petunjuk tentang evolusi galaksi dan kosmos. Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh astronom dari Institut Astronomi Max Planck (MPIA) baru-baru ini memperhatikan filamen besar gas hidrogen atom di galaksi kita. Struktur ini, bernama “Maggie,” terletak sekitar 55.000 tahun cahaya (di sisi lain dari Bima Sakti) dan merupakan salah satu struktur terpanjang yang pernah diamati di galaksi kita.

Studi yang menjelaskan temuan mereka, yang baru-baru ini muncul di jurnal Astronomi & Astrofisika, dipimpin oleh Jonas Syed, seorang Ph.D. mahasiswa di MPIA. Dia bergabung dengan para peneliti dari Universitas Wina, the Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian (CfA), itu Institut Max Planck untuk Astronomi Radio (MPIFR), Universitas Calgary, Universität Heidelberg, the Pusat Astrofisika dan Ilmu Planetitu Argelander-Institute for AstronomyInstitut Sains India, dan NASALaboratorium Propulsi Jet (JPL).

Penelitian ini didasarkan pada data yang diperoleh oleh Survei garis HI/OH/Rekombinasi Bima Sakti (THOR), sebuah program observasi yang mengandalkan Karl G. Jansky Array Sangat Besar (VLA) di New Mexico. Menggunakan piringan radio gelombang sentimeter VLA, proyek ini mempelajari pembentukan awan molekuler, konversi atom menjadi molekul hidrogen, medan magnet galaksi, dan pertanyaan lain yang terkait dengan ISM dan pembentukan bintang.

Tujuan utamanya adalah untuk menentukan bagaimana dua isotop hidrogen yang paling umum bertemu untuk menciptakan awan padat yang naik ke bintang baru. Isotop termasuk atom hidrogen (H), terdiri dari satu proton, satu elektron, dan tidak ada neutron, dan molekul hidrogen (H₂) terdiri dari dua atom hidrogen yang disatukan oleh ikatan kovalen. Hanya yang terakhir yang mengembun menjadi awan yang relatif kompak yang akan mengembangkan daerah beku di mana bintang-bintang baru akhirnya muncul.

Gambar ini menunjukkan bagian dari tampilan samping Bima Sakti yang diukur oleh satelit Gaia ESA. Pita gelap terdiri dari gas dan debu, yang meredupkan cahaya dari bintang-bintang yang tertanam. Pusat Galaksi Bima Sakti ditunjukkan di sebelah kanan gambar, bersinar terang di bawah zona gelap. Kotak di sebelah kiri tengah menandai lokasi filamen “Maggie”. Ini menunjukkan distribusi atom hidrogen. Warna menunjukkan kecepatan yang berbeda dari gas. Kredit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO & T. Müller/J. Syed/MPIA

Proses bagaimana atom hidrogen bertransisi menjadi hidrogen molekuler sebagian besar masih belum diketahui, yang membuat filamen yang sangat panjang ini menjadi penemuan yang sangat menarik. Sedangkan awan gas molekuler terbesar yang diketahui biasanya berukuran sekitar 800 tahun cahaya, Maggie berukuran panjang 3.900 tahun cahaya dan lebar 130 tahun cahaya. Seperti yang dijelaskan Syed dalam MPIA baru-baru ini jumpa pers:

“Lokasi filamen ini telah berkontribusi pada kesuksesan ini. Kami belum tahu persis bagaimana itu sampai di sana. Tapi filamen memanjang sekitar 1600 tahun cahaya di bawah bidang Bima Sakti. Pengamatan juga memungkinkan kami untuk menentukan kecepatan gas hidrogen. Ini memungkinkan kami untuk menunjukkan bahwa kecepatan sepanjang filamen hampir tidak berbeda.”

Analisis tim menunjukkan bahwa materi dalam filamen memiliki kecepatan rata-rata 54 km/s^-1, yang mereka tentukan terutama dengan mengukurnya terhadap rotasi piringan Bima Sakti. Ini berarti bahwa radiasi pada panjang gelombang 21 cm (alias.garis hidrogen“) terlihat dengan latar belakang kosmik, membuat strukturnya terlihat. “Pengamatan juga memungkinkan kami untuk menentukan kecepatan gas hidrogen,” kata Henrik Beuther, kepala THOR dan rekan penulis studi tersebut. “Ini memungkinkan kami untuk menunjukkan bahwa kecepatan di sepanjang filamen hampir tidak berbeda.”

Gambar berwarna palsu ini menunjukkan distribusi atom hidrogen yang diukur pada panjang gelombang 21 cm. Garis putus-putus merah menelusuri filamen “Maggie”. Kredit: J. Syed/MPIA

Dari sini, para peneliti menemukan bahwa Maggie adalah struktur yang koheren. Temuan ini mengkonfirmasi pengamatan yang dilakukan setahun sebelumnya oleh Juan D. Soler, seorang astrofisikawan dari Universitas Wina dan rekan penulis makalah tersebut. Ketika dia mengamati filamen itu, dia menamakannya setelah sungai terpanjang di negara asalnya Kolombia: Río Magdalena (Bahasa Inggris: Margaret, atau “Maggie”). Sementara Maggie dikenali dalam evaluasi Soler sebelumnya dari data THOR, hanya penelitian saat ini membuktikan tanpa keraguan bahwa itu adalah struktur yang koheren.

Berdasarkan data yang dipublikasikan sebelumnya, tim juga memperkirakan bahwa Maggie mengandung 8% molekul hidrogen dengan fraksi massa. Pada pemeriksaan lebih dekat, tim memperhatikan bahwa gas berkumpul di berbagai titik di sepanjang filamen, yang membuat mereka menyimpulkan bahwa gas hidrogen terakumulasi menjadi awan besar di lokasi tersebut. Mereka selanjutnya berspekulasi bahwa gas atom secara bertahap akan mengembun menjadi bentuk molekul di lingkungan tersebut.

“Namun, banyak pertanyaan yang belum terjawab,” tambah Syed. “Data tambahan, yang kami harap akan memberi kami lebih banyak petunjuk tentang fraksi gas molekuler, sudah menunggu untuk dianalisis.” Untungnya, beberapa observatorium berbasis ruang dan darat akan segera beroperasi, teleskop yang akan dilengkapi untuk mempelajari filamen ini di masa depan. Ini termasuk Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) dan survei radio seperti Array Kilometer Persegi (SKA), yang akan memungkinkan kita untuk melihat periode paling awal Semesta (“fajar kosmik”) dan bintang-bintang pertama di alam semesta kita.

Awalnya Diposting di Alam Semesta Hari Ini.

Untuk lebih lanjut tentang penelitian ini, lihat Struktur Filamen Besar – Panjang 3900 Tahun Cahaya – Ditemukan di Bima Sakti.

Referensi: “Filamen “Maggie”: Sifat fisik awan atom raksasa” oleh J. Syed, J. D. Soler, H. Beuther, Y. Wang, S. Suri, J. D. Henshaw, M. Riener, S. Bialy, S. Rezaei Kh., JM Stil, PF Goldsmith, MR Rugel, SCO Glover, RS Klessen, J. Kerp, JS Urquhart, J. Ott, N. Roy, N. Schneider, RJ Smith, SN Longmore dan H. Linz, 20 Desember 2021, Astronomi & Astrofisika.
DOI: 10.1051/0004-6361/202141265