Galaksi Awal Sudah Kaya Unsur Berat, tetapi Angin Bintangnya Mungkin Lebih Lemah

Galaksi-galaksi muda ternyata sudah mengandung unsur berat dan memindahkan sebagian gasnya ke lingkungan sekitar. Namun, untuk memahami bagaimana galaksi itu berkembang, astronom juga perlu mengetahui perilaku bintang masif di dalamnya. Di sinilah dua jenis pengamatan saling melengkapi: Teleskop Antariksa James Webb (JWST) meneliti galaksi jauh pada masa awal alam semesta, sedangkan survei TEMPOS dengan Teleskop Antariksa Hubble menguji sifat bintang di galaksi terdekat yang miskin unsur berat. 110

Gas galaksi sudah berubah sejak dini

Tiga galaksi dalam studi JWST terlihat sebagaimana keadaannya sekitar 520–650 juta tahun setelah Big Bang. Gasnya mengandung karbon, oksigen, dan silikon. Dalam astronomi, unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium disebut logam; keberadaannya menunjukkan bahwa bintang-bintang sebelumnya telah menghasilkan unsur tersebut dan menyebarkannya.

Ada pula bukti bahwa gas yang telah diperkaya itu bergerak keluar. Ini mengisyaratkan bahwa bagian dari siklus baryon—gas masuk ke galaksi, membantu pembentukan bintang, lalu sebagian materi mengalir ke luar—sudah berlangsung sejak dini. Namun, melihat gas keluar belum membuktikan bahwa gas tersebut kemudian kembali ke galaksi.

Temuan itu juga penting bagi pencarian bintang Populasi III, generasi bintang pertama yang terbentuk tanpa unsur berat. Gas yang sudah mengandung karbon, oksigen, atau silikon bukan lagi gas yang murni seperti bahan pembentuk bintang-bintang tersebut. Kemungkinan jejak kimia yang mereka tinggalkan pun tidak sama dengan mendeteksi bintangnya secara langsung. Karena itu, pengamatan ini membuat populasi bintang tanpa unsur berat yang masih dapat diamati lebih sulit diharapkan pada gas yang diteliti, bukan menyingkirkan kemungkinannya di seluruh alam semesta.

Hubble menguji angin bintang, bukan aliran gas yang sama

TEMPOS menyusun spektrum ultraviolet 29 bintang masif tipe O di enam galaksi katai terdekat yang miskin unsur berat. Hasil awalnya menunjukkan angin bintang yang lebih lemah daripada perkiraan pada lingkungan dengan kandungan unsur berat terendah. Ada indikasi pelemahannya menjadi lebih tajam ketika kadar unsur berat turun di bawah sekitar sepersepuluh kadar Matahari, tetapi batas dan besarnya perubahan itu masih perlu diuji. 161013

Angin bintang adalah materi yang terlepas dari bintang. Ini bukan aliran gas berskala galaksi yang diamati JWST. Meski berbeda, angin bintang merupakan salah satu cara bintang masif kehilangan materi dan memengaruhi lingkungannya. Jika kekuatannya selama ini diperkirakan keliru, prediksi tentang perkembangan galaksi muda juga bisa berubah. TEMPOS menguji salah satu masukan bagi model tersebut melalui bintang-bintang terdekat; survei ini tidak mengukur langsung bintang di galaksi jauh JWST ataupun membuktikan apa yang mendorong gas keluar dari galaksi-galaksi itu. 13

Mengapa oksigen saja tidak cukup?

Angin yang didorong radiasi bergantung pada ion unsur berat di atmosfer bintang. TEMPOS menemukan variasi serapan besi, sehingga kadar oksigen yang diukur dari gas sebuah galaksi belum tentu menjadi wakil yang tepat bagi komposisi bintangnya. Penelitian sebelumnya pada galaksi yang sangat miskin unsur berat juga menunjukkan bahwa pengukuran besi pada bintang dan oksigen pada gas tidak selalu mencerminkan perbandingan kelimpahan unsur yang sama. 346

Bagi pemodelan, pesannya bukan bahwa satu pengamatan telah menjelaskan seluruh kerumitan galaksi awal. Astronom perlu menguji perkiraan tentang angin bintang pada kadar unsur berat yang sangat rendah dan memperhitungkan perbandingan antarunsur, bersamaan dengan gas yang masuk, gas yang keluar, serta proses pengayaan kimia. Gabungan pengamatan JWST dan Hubble mempersempit kemungkinan penjelasan—tetapi belum menghasilkan satu jawaban pasti untuk galaksi-galaksi muda yang tampak kompleks itu. 1410