Hubble Menangkap Bintang Terjauh Di Alam Semesta Yang Pernah Diketahui

Penyelarasan kosmik yang beruntung telah mengungkapkan satu sumber cahaya dalam satu miliar tahun pertama setelah big bang, menyiapkan konfirmasi besar untuk Teleskop Luar Angkasa James Webb di tahun pertamanya.

Bahkan Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA yang kuatdapat mengambil manfaat dari beberapa bantuan, sebagaimana dibuktikan dalam penemuan terbarunya: sebuah bintang pemecah rekor yang begitu jauh sehingga kombinasi instrumentasi canggih teleskop dan kaca pembesar alami diperlukan untuk menemukannya. Bintang, yang dijuluki Earendel oleh para astronom, memancarkan cahayanya dalam satu miliar tahun pertama alam semesta. Ini lompatan signifikan melampaui rekor jarak Hubble sebelumnya, pada 2018, ketika mendeteksi bintang sekitar 4 miliar tahun setelah big bang.

IMAGESGambar: e3.365dm.com

Hubble mendapat dorongan dengan melihat melalui ruang yang dibelokkan oleh massa kluster galaksi besar WHL0137-08, efek yang disebut lensa gravitasi. Earendel disejajarkan pada atau sangat dekat dengan riak dalam struktur ruang yang diciptakan oleh massa cluster, yang memperbesar cahayanya cukup untuk dideteksi oleh Hubble. Teleskop James Webb NASA akan menindaklanjuti untuk mempelajari kecerahan, suhu, dan komposisi Earendel. Meskipun kemungkinannya kecil bahwa Earendel adalah salah satu bintang generasi pertama alam semesta, para astronom sangat ingin mengetahui wawasannya tentang lingkungan alam semesta awal.

Penemuan ini merupakan lompatan besar ke masa lalu dari pemegang rekor bintang tunggal sebelumnya ; terdeteksi oleh Hubble pada tahun 2018. Bintang itu ada ketika alam semesta berusia sekitar 4 miliar tahun, atau 30 persen dari usianya saat ini, pada waktu yang oleh para astronom disebut sebagai "pergeseran merah 1,5". Para ilmuwan menggunakan kata "pergeseran merah" karena saat alam semesta mengembang, cahaya dari objek yang jauh diregangkan atau "digeser" ke panjang gelombang yang lebih panjang dan lebih merah saat bergerak ke arah kita.

Bintang yang baru terdeteksi itu sangat jauh sehingga cahayanya membutuhkan 12,9 miliar tahun untuk mencapai Bumi, tampak bagi kita seperti ketika alam semesta hanya 7 persen dari usianya saat ini, pada pergeseran merah 6,2. Objek terkecil yang sebelumnya terlihat pada jarak yang sangat jauh adalah gugusan bintang, yang tertanam di dalam galaksi awal.

"Kami hampir tidak percaya pada awalnya, itu jauh lebih jauh daripada bintang pergeseran merah tertinggi sebelumnya yang paling jauh," kata astronom Brian Welch dari Universitas Johns Hopkins di Baltimore, penulis utama makalah yang menjelaskan penemuan itu, yang diterbitkan dalam jurnal Nature edisi 30 Maret 2022 . Penemuan ini dibuat dari data yang dikumpulkan selama program RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) Hubble, yang dipimpin oleh rekan penulis Dan Coe di Space Telescope Science Institute (STScI), juga di Baltimore.

“Biasanya pada jarak ini, seluruh galaksi terlihat seperti noda kecil, dengan cahaya dari jutaan bintang yang menyatu,” kata Welch. “Galaksi yang menampung bintang ini telah diperbesar dan terdistorsi oleh lensa gravitasi menjadi bulan sabit panjang yang kami beri nama Busur Matahari Terbit.”

Setelah mempelajari galaksi secara rinci, Welch menetapkan bahwa satu fitur adalah bintang yang sangat diperbesar yang disebutnya Earendel, yang berarti "bintang pagi" dalam bahasa Inggris Kuno. Penemuan ini menjanjikan untuk membuka era pembentukan bintang yang sangat awal yang belum dipetakan.

“Earendel sudah ada sejak lama sehingga mungkin tidak memiliki semua bahan mentah yang sama seperti bintang-bintang di sekitar kita saat ini,” jelas Welch. “Mempelajari Earendel akan menjadi jendela menuju era alam semesta yang tidak kita kenal, tetapi itu mengarah pada semua yang kita ketahui. Sepertinya kami baru saja membaca buku yang sangat menarik, tetapi kami mulai dengan bab kedua, dan sekarang kami akan memiliki kesempatan untuk melihat bagaimana semuanya dimulai,” kata Welch.

Saat Bintang Sejajar

Tim peneliti memperkirakan bahwa Earendel setidaknya 50 kali massa Matahari kita dan jutaan kali lebih terang, menyaingi bintang paling masif yang diketahui. Tetapi bahkan bintang yang sangat cemerlang dan bermassa sangat tinggi tidak mungkin terlihat pada jarak yang begitu jauh tanpa bantuan perbesaran alami oleh gugus galaksi besar, WHL0137-08, yang berada di antara kita dan Earendel. Massa gugus galaksi membengkokkan struktur ruang, menciptakan kaca pembesar alami yang kuat yang mendistorsi dan menguatkan cahaya dari objek jauh di belakangnya.

Berkat keselarasan langka dengan gugus galaksi pembesar, bintang Earendel muncul langsung pada, atau sangat dekat dengan, riak di struktur ruang angkasa. Riak ini, yang didefinisikan dalam optik sebagai "kaustik", memberikan pembesaran dan kecerahan maksimum. Efeknya analog dengan permukaan kolam renang yang bergelombang menciptakan pola cahaya terang di dasar kolam pada hari yang cerah. Riak di permukaan bertindak sebagai lensa dan memfokuskan sinar matahari ke kecerahan maksimum di lantai kolam.

Kaustik ini menyebabkan bintang Earendel keluar dari cahaya umum galaksi asalnya. Kecerahannya diperbesar seribu kali lipat atau lebih. Pada titik ini, para astronom tidak dapat menentukan apakah Earendel adalah bintang biner, meskipun sebagian besar bintang masif memiliki setidaknya satu bintang pendamping yang lebih kecil.

Konfirmasi dengan Webb

Para astronom berharap bahwa Earendel akan tetap sangat diperbesar selama bertahun-tahun yang akan datang. Ini akan diamati oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA. Sensitivitas tinggi Webb terhadap cahaya inframerah diperlukan untuk mempelajari lebih lanjut tentang Earendel, karena cahayanya membentang (redshifted) ke panjang gelombang inframerah yang lebih panjang karena ekspansi alam semesta.

“Dengan Webb, kami berharap dapat mengonfirmasi bahwa Earendel memang sebuah bintang, serta mengukur kecerahan dan suhunya,” kata Coe. Detail ini akan mempersempit jenis dan tahapannya dalam siklus hidup bintang. “Kami juga berharap menemukan galaksi Sunrise Arc kekurangan elemen berat yang terbentuk pada bintang generasi berikutnya. Ini akan menunjukkan bahwa Earendel adalah bintang langka yang sangat miskin logam, ”kata Coe.

Komposisi Earendel akan sangat menarik bagi para astronom, karena terbentuk sebelum alam semesta diisi dengan unsur-unsur berat yang dihasilkan oleh generasi-generasi berturut-turut dari bintang-bintang masif. Jika studi lanjutan menemukan bahwa Earendel hanya terdiri dari hidrogen dan helium primordial, itu akan menjadi bukti pertama untuk bintang Populasi III yang legendaris, yang dihipotesiskan sebagai bintang pertama yang lahir setelah big bang. Meskipun kemungkinannya kecil, Welch mengakui bahwa itu sama menariknya.

“Dengan Webb, kita mungkin melihat bintang lebih jauh dari Earendel, yang akan sangat menarik,” kata Welch. “Kami akan mundur sejauh yang kami bisa. Saya akan senang melihat Webb memecahkan rekor jarak Earendel.”