Simulasi MEGATRON Mengungkap Jejak Kimia Bintang-Bintang Pertama

MEGATRON adalah rangkaian simulasi kosmologi yang mengikuti wilayah alam semesta yang pada akhirnya akan runtuh membentuk galaksi bermassa mirip Bima Sakti. Modelnya dimulai dari gas primordial yang belum mengandung unsur lebih berat daripada helium, lalu melacak kemunculan bintang-bintang pertama—disebut bintang Populasi III—dan pertumbuhan galaksi-galaksi kecil yang menjadi cikal bakal galaksi besar. Simulasi ini mengikuti pembentukan galaksi hingga sekitar pergeseran merah z ≈ 8. 45

Yang membuat pendekatan MEGATRON menonjol adalah berbagai proses penting dihitung secara terpadu. Simulasi menggabungkan dinamika gas dengan jaringan kimia yang melacak molekul primordial dan unsur berat, serta perpindahan radiasi dengan berbagai panjang gelombang. Dengan demikian, para peneliti dapat memodelkan bagaimana bintang memanaskan dan mengionisasi gas, bagaimana molekul memengaruhi pendinginannya, dan bagaimana unsur baru tersebar ketika bintang meledak sebagai supernova. Hasilnya juga dapat digunakan untuk memprediksi spektrum galaksi awal. 5

Cahaya galaksi muda dan pengaruh radiasi

Model-model MEGATRON menemukan bahwa gas di galaksi berjarak jauh cenderung lebih rapat, lebih miskin unsur berat, dan terpapar medan radiasi yang lebih kuat daripada gas di galaksi dengan massa sebanding di alam semesta lokal. Kondisi itu selaras dengan sejumlah penafsiran atas spektrum galaksi purba yang diamati Teleskop Antariksa James Webb (JWST). Simulasi juga mampu menghasilkan keragaman spektrum galaksi pada pergeseran merah tinggi. Namun, kecocokan spektrum saja belum cukup untuk memastikan proses umpan balik mana—misalnya radiasi bintang atau ledakan supernova—yang menjadi penyebabnya. 13

Perbandingan ini membuka dua jalur untuk menguji model. JWST menangkap cahaya galaksi yang terlihat sebagaimana adanya pada masa awal alam semesta. Sementara itu, kelimpahan unsur pada bintang-bintang tua dan miskin logam di sekitar Bima Sakti dapat menyimpan catatan kimia dari proses yang berlangsung pada masa tersebut. Kedua jenis pengamatan itu memberi sudut pandang berbeda terhadap sejarah pembentukan bintang. 278

Petunjuk kadar besi di galaksi katai

Salah satu studi awal MEGATRON meneliti hubungan antara massa bintang dan kandungan besi di galaksi katai. Simulasinya menghasilkan kemungkinan adanya plateau—bagian yang relatif mendatar—pada kadar besi rata-rata galaksi katai bermassa sangat kecil. Dengan kata lain, kandungan besinya tidak terus menurun seiring mengecilnya massa galaksi. Model tersebut juga selaras dengan hubungan massa bintang dan kandungan logam yang teramati pada galaksi katai masa kini. 134

Pola itu bisa menjadi petunjuk bahwa bintang-bintang pertama telah memperkaya gas di galaksi kecil dengan unsur hasil ledakannya. Namun, plateau tersebut merupakan hasil pemodelan dan petunjuk yang perlu diuji lebih lanjut; ia belum memberi pengukuran pasti tentang sifat bintang pertama ataupun supernova yang dihasilkannya. 4

Apa yang akan diuji berikutnya?

Kajian awal proyek ini mencakup simulasi pembentukan bintang Populasi III, kondisi gas dan umpan balik di galaksi awal, spektrum galaksi berpergeseran merah tinggi, serta kandungan besi galaksi katai. 57813 Simulasi dengan resolusi lebih tinggi yang direncanakan diharapkan dapat menggambarkan gas tempat bintang pertama terbentuk dengan lebih rinci. Dengan itu, para peneliti dapat menguji berbagai asumsi tentang massa bintang pertama, radiasi yang dipancarkannya, dan unsur yang dihasilkan supernovanya—lalu membandingkan prediksi tersebut dengan spektrum JWST dan komposisi kimia bintang tua. Pengujian itu masih menjadi langkah berikutnya, bukan jawaban final tentang seperti apa bintang pertama.