Bintang Samar di Galaksi Awal Ternyata Menyimpan Massa Tersembunyi

Sembilan galaksi memiliki IMF yang lebih berat di sisi bintang kecil

IMF menggambarkan jumlah bintang yang terbentuk pada berbagai tingkat massa. IMF yang disebut bottom-heavy memiliki proporsi bintang bermassa rendah yang lebih besar dibandingkan distribusi yang umumnya digunakan untuk Bima Sakti.

Tim menemukan bukti pola bottom-heavy pada seluruh sembilan galaksi masif dan quiescent yang diamati. Bintang-bintang bermassa rendah ini sangat redup, sehingga praktis tersembunyi dalam pengamatan biasa. Namun, bintang tersebut berumur panjang dan jika jumlahnya cukup banyak, total massanya menjadi signifikan.

Artinya, ketika astronom menghitung massa galaksi jauh dengan asumsi IMF yang menyerupai Bima Sakti, sementara IMF sebenarnya bottom-heavy, massa total bintang di galaksi itu bisa terhitung terlalu rendah.

Massa dua galaksi tertua naik tiga hingga empat kali lipat

Dampak terbesar terlihat pada dua objek tertua dalam sampel. Keduanya dianggap sebagai keturunan langsung dari galaksi-galaksi matang yang terbentuk sangat awal dan sebelumnya diungkap oleh JWST.

Ketika IMF bottom-heavy yang terukur diterapkan, estimasi massa bintang kedua galaksi tersebut meningkat dengan faktor tiga hingga empat.

Ini bukan sekadar koreksi kecil. Hasil tersebut mengubah jumlah materi yang harus dirakit oleh model pembentukan galaksi dalam waktu kosmis yang sangat singkat. Salah satu populasi bintang tua itu kemungkinan terbentuk kurang dari 1,5 miliar tahun setelah Big Bang. Dengan demikian, galaksi leluhurnya mungkin harus membangun massa bintang yang lebih besar—dan melakukannya lebih cepat—daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Mengapa temuan ini memperkuat teka-teki galaksi awal?

JWST telah menemukan galaksi masif dan berevolusi pada masa yang mengejutkan awalnya. Salah satu contohnya adalah galaksi quiescent GS-9209, yang dikonfirmasi secara spektroskopi pada pergeseran merah 4,658, ketika alam semesta berusia sekitar 1,25 miliar tahun. Berdasarkan asumsi yang digunakan dalam analisis tersebut, massa bintangnya diperkirakan sekitar 3,8 × 10^10 massa Matahari.

Hasil baru mengenai IMF ini tidak secara langsung mengukur galaksi pada beberapa ratus juta tahun pertama setelah Big Bang. Pengukurannya dilakukan pada galaksi dengan pergeseran merah sekitar 0,7 yang diperkirakan merupakan keturunan dari galaksi-galaksi sangat awal. Karena itu, penerapan kesimpulan ini pada galaksi JWST paling awal masih merupakan inferensi, bukan pengukuran langsung IMF galaksi tersebut.

Jika pola pembentukan bintang bottom-heavy juga berlaku ketika galaksi-galaksi purba itu terbentuk, massa bintang sebenarnya bisa jauh lebih besar daripada estimasi awal. Hal ini akan menambah tekanan pada model pembentukan galaksi: model harus menjelaskan bukan hanya bagaimana galaksi matang muncul begitu cepat, tetapi juga bagaimana galaksi tersebut mengumpulkan massa bintang yang lebih besar dari perkiraan sebelumnya.

Apakah lebih banyak bintang kecil berarti lebih banyak planet?

Bintang bermassa rendah dapat bertahan sangat lama dan berpotensi menjadi inang sistem planet. Jika pembentukan bintang bottom-heavy memang umum di alam semesta muda, jumlah bintang seperti itu mungkin lebih banyak daripada yang diperkirakan berdasarkan asumsi IMF yang menyerupai Bima Sakti.

Konsekuensinya, perkiraan jumlah sistem planet yang pernah terbentuk pada masa awal sejarah kosmis juga dapat meningkat.

Namun, kemungkinan ini masih spekulatif. Penelitian tersebut mengukur populasi bintang, bukan jumlah planet maupun tingkat kemunculan planet. Temuannya hanya mengubah perkiraan jumlah calon bintang inang; penelitian ini belum membuktikan seberapa sering bintang-bintang tersebut membentuk planet atau apakah planetnya dapat dihuni.

Langkah berikutnya: mengamati galaksi yang lebih awal

Tahap berikutnya adalah menerapkan metode yang sama pada galaksi dengan pergeseran merah yang semakin tinggi. Dengan menggabungkan spektrum yang sangat dalam dari rentang panjang gelombang kerangka diam yang luas, astronom dapat menguji apakah kelebihan bintang bermassa rendah tetap terlihat ketika pengamatan diarahkan lebih dekat ke era bintang-bintang pertama.

Pada pergeseran merah yang cukup tinggi, fitur-fitur yang sensitif terhadap IMF bergeser ke panjang gelombang inframerah yang dapat diamati JWST.

Pengukuran mendatang akan membantu menjawab apakah IMF bottom-heavy merupakan ciri khusus galaksi masif dan quiescent dalam sampel ini, bagian yang lebih luas dari proses pembentukan bintang awal, atau pola yang berubah seiring waktu kosmis dan lingkungan galaksi.