Bagian Bimasakti ini Berusia Jauh Lebih Tua dari yang Diperkirakan

Menggunakan data dari misi Gaia ESA, para astronom telah menunjukkan bahwa bagian dari Bimasakti yang dikenal sebagai 'cakram tebal' mulai terbentuk 13 miliar tahun yang lalu, sekitar 2 miliar tahun lebih awal dari yang diperkirakan, dan hanya 0,8 miliar tahun setelah Big Bang.

Hasil mengejutkan ini datang dari analisis yang dilakukan oleh Maosheng Xiang dan Hans-Walter Rix, dari Max-Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Jerman. Mereka mengambil data kecerahan dan posisi dari dataset Early Data Release 3 (EDR3) Gaia dan menggabungkannya dengan pengukuran komposisi kimia bintang, seperti yang diberikan oleh data dari Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) dengan sekitar 250.000 bintang untuk mendapatkan usia mereka.

Mereka memilih untuk melihat bintang sub raksasa. Di bintang-bintang ini, energi telah berhenti dihasilkan di inti bintang dan telah pindah ke kulit di sekitar inti. Bintang itu sendiri menjelma menjadi bintang raksasa merah. Karena fase sub-raksasa adalah fase evolusi yang relatif singkat dalam kehidupan bintang, maka memungkinkan usianya ditentukan dengan sangat akurat, tetapi masih merupakan perhitungan yang rumit.

Usia bintang adalah salah satu parameter yang paling sulit ditentukan. Itu tidak dapat diukur secara langsung tetapi harus disimpulkan dengan membandingkan karakteristik bintang melalui model komputer evolusi bintang. Data komposisi membantu dalam hal ini. Semesta lahir dengan hampir secara eksklusif hidrogen dan helium. Unsur-unsur kimia lainnya, yang secara kolektif dikenal sebagai logam oleh para astronom, dibuat di dalam bintang, dan meledak kembali ke luar angkasa pada akhir kehidupan bintang, di mana mereka dapat dimasukkan ke dalam bintang generasi berikutnya. Jadi, bintang yang lebih tua memiliki lebih sedikit logam dan dikatakan memiliki tingkat logam yang lebih rendah.

Data LAMOST memberikan sifat metalik. Bersama-sama, kecerahan dan sifat metalik memungkinkan para astronom untuk mengekstrak usia bintang dari model komputer. Sebelum Gaia, para astronom secara rutin bekerja dengan ketidakpastian 20 hingga 40 persen, yang dapat mengakibatkan usia yang ditentukan menjadi tidak tepat satu miliar tahun ataupun lebih.

"Dengan data kecerahan Gaia, kita dapat menentukan usia bintang subraksasa hingga beberapa persen," tutur Maosheng, seperti yang dilaporkan Tech Explorist. Berbekal usia yang tepat untuk seperempat juta bintang subraksasa yang tersebar di seluruh galaksi, Maosheng dan Hans-Walter memulai analisis.

Bimasakti terdiri dari berbagai komponen yang diklasifikasikan sebagai halo dan cakram. Halo dianggap sebagai komponen tertua galaksi, sedangkan piringan tipis berisi sebagian besar bintang yang kita lihat sebagai pita cahaya berkabut di langit malam yang kita sebut Bimasakti.

Para ilmuwan dapat membangun garis waktu pembentukan Bimasakti dengan mengidentifikasi bintang-bintang raksasa di wilayah yang berbeda ini. Dan saat itulah mereka mendapatkan kejutan.

“Usia bintang mengungkapkan bahwa pembentukan Bimasakti jatuh ke dalam dua fase yang berbeda. Pada fase pertama, yang dimulai hanya 0,8 miliar tahun setelah Big Bang, piringan tebal mulai membentuk bintang. Bagian dalam halo mungkin juga mulai menyatu pada tahap ini, tetapi prosesnya dipercepat dengan laju hingga selesai sekitar dua miliar tahun kemudian ketika galaksi kerdil yang dikenal sebagai Gaia-Sausage-Enceladus bergabung dengan Bimasakti. Piringan tipis bintang yang menahan Matahari terbentuk selama fase kedua berikutnya dari pembentukan galaksi,” tulis Para ilmuwan.

Setelah penggabungan dengan Gaia-Sausage-Enceladus memicu ledakan pembentukan bintang, piringan tebal terus membentuk bintang hingga gas habis sekitar 6 miliar tahun setelah Big Bang. Selama ini, logam dari piringan tebal meningkat sepuluh kali lipat. Daerah cakram Bimasakti awal pasti terbentuk dari gas yang sangat turbulen yang secara efektif menyebarkan logam lebih jauh dan luas.

“Sejak penemuan penggabungan kuno dengan Gaia-Sausage-Enceladus, pada tahun 2018, para astronom telah menduga bahwa Bimasakti sudah ada sebelum halo terbentuk, tetapi kami tidak memiliki gambaran yang jelas tentang apa itu Bimasakti. Hasil kami memberikan detail indah tentang bagian Bimasakti itu sendiri, seperti hari lahirnya, tingkat pembentukan bintang, dan sejarah pengayaan logam. Mengumpulkan penemuan-penemuan ini menggunakan data Gaia merevolusi gambaran kita tentang kapan dan bagaimana galaksi kita terbentuk,” jelas Maosheng.

“Dengan setiap analisis dan rilis data baru, Gaia memungkinkan kita untuk menyatukan sejarah galaksi kita dalam detail yang bahkan belum pernah terjadi sebelumnya. Dengan dirilisnya Gaia DR3 pada bulan Juni, para astronom akan dapat memperkaya cerita dengan lebih detail lagi,” ujar Timo Prusti, Gaia Project Scientist untuk ESA.

Hasil penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Nature pada 23 Maret 2022 berjudul "A time-resolved picture of our Milky Way’s early formation history".