Teleskop James Webb Ungkap Fenomena Pembentukan Bintang dan Planet

MENGGUNAKAN Teleskop Luar Angkasa James Webb, astronom telah melakukan penyelaman mendalam ke dalam gugus bintang muda yang sangat menarik dan besar di Galaksi Bima Sakti, yang disebut Westerlund 1. Terletak sekitar 12.000 tahun cahaya dari Bumi, Westerlund 1 juga merupakan gugus bintang supermasif terdekat dengan kita.

Gugus bintang supermasif seperti Westerlund 1 adalah kelompok bintang yang memiliki massa setara dengan puluhan ribu matahari. Di dalam superkluster ini, proses-proses yang mendukung lingkungan pembentukan bintang dan meningkatkan kelahiran bintang serta planet sangat efisien.

Dengan lebar lebih dari 6,6 tahun cahaya, Westerlund 1 memiliki massa sekitar 63.000 kali massa matahari. Menampung populasi bintang monster terbesar dan paling padat di Galaksi Bima Sakti, dengan ratusan bintang sangat masif yang terkompresi dalam wilayah yang relatif kecil, Westerlund 1 menjadi sasaran menggoda bagi para astronom yang berusaha memahami lebih baik berbagai fenomena bintang dan evolusi sistem planet.

Baca juga : Gaia Temukan 55 Bintang Pelarian dari Gugus Bintang Raksasa di Awan Magellan Besar

Gambar baru dan temuan terkait Westerlund 1 disampaikan oleh Survei Kluster Terbuka Extended Westerlund 1 dan 2 (EWOCS).

"Kami mendorong batas deteksi kami hingga ke bintang kerdil cokelat dalam kluster, yang merupakan bintang terkecil yang dapat terbentuk!" kata pemimpin tim EWOCS Mario Giuseppe dari Observatorium Astronomi Palermo di Italia kepada Space.com. 

"Dengan demikian, kami akan dapat menentukan kandungan sebenarnya dari kluster ini dan mengukur sifat-sifat seperti distribusi massa bintangnya."

Baca juga : Teleskop Luar Angkasa James Webb Mengungkap Rahasia Protoplanetari di Sekitar Bintang Muda

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) juga menawarkan pengamatan mendalam dan rinci yang dilakukan dalam panjang gelombang inframerah yang dapat digunakan untuk menyoroti bintang muda yang masih dikelilingi oleh cakram protoplanetari pembentuk planet.

"Bintang-bintang ini mungkin sedang membentuk planet sekarang," lanjut Giuseppe. "Semua ini akan memungkinkan kita, untuk pertama kalinya, untuk menentukan dampak lingkungan pembentukan bintang terhadap produk-produk pembentukan bintang dan proses pembentukan planet."

Westerlund 1 adalah suatu dunia ajaib bagi para astronom

EWOCS tidak hanya bekerja dengan pengamatan dari JWST, tetapi juga dengan data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Teleskop Luar Angkasa Chandra X-ray milik NASA, dan lainnya, untuk mempelajari Westerlund 1 serta superkluster sedikit lebih kecil Westerlund 2.

Baca juga : Astronom Temukan Lubang Hitam Purba Tertua, Berusia Miliaran Tahun

"Westerlund 1 menampung populasi bintang masif terbesar dan paling padat yang kami ketahui di galaksi, dengan ratusan bintang sangat masif yang terkompresi dalam wilayah yang sangat kecil, hampir semuanya berada dalam sistem biner dekat," kata Giuseppe. 

"Dalam kasus seperti itu, lingkungan pembentukan bintang didominasi oleh radiasi energetik [UV dan sinar-X] serta partikel berenergi tinggi dan berkecepatan tinggi, yang mengatur pembentukan bintang dan planet."

Berbagai kondisi berbeda di galaksi dapat menentukan laju pembentukan bintang. Sebagai contoh, periode pembentukan bintang yang intens, yang dikenal sebagai "periode ledakan bintang," dapat dipicu ketika galaksi bertabrakan dan menyebabkan masuknya gas dan debu, yang merupakan bahan pembentuk bintang baru.

Baca juga : Begini Cara Kerja Teleskop James Webb Melihat Masa Lalu Alam Semesta

"Dalam kasus-kasus ini, lingkungan pembentukan bintang khas berbentuk wilayah pembentukan bintang yang sangat masif dan supermasif," kata Giuseppe.

Kejadian seperti itu lebih sering terjadi di alam semesta awal yang lebih kacau, ketika tabrakan galaksi lebih mungkin terjadi. Laju pembentukan bintang telah berkurang di Galaksi Bima Sakti karena galaksi ini adalah galaksi "modern", yang berarti wilayah ledakan bintang sangat jarang.

"Galaksi Bima Sakti saat ini hanya memiliki beberapa gugus supermasif, dengan kurang dari sepuluh yang diketahui," lanjut Giuseppe. 

"Wilayah-wilayah ini sangat penting karena memungkinkan kita mempelajari kondisi pembentukan bintang dan planet yang khas dari galaksi yang mengalami ledakan bintang di alam semesta awal dan memperluas pengetahuan kita tentang pembentukan bintang dan planet ke lingkungan pembentukan bintang yang paling ekstrem dan energetik yang kita ketahui."

Itulah yang membuat studi tentang Westerlund 1, salah satu wilayah tersebut, sangat penting.

Superkluster seringkali tertutup oleh awan gas dan debu antar bintang di Galaksi Bima Sakti dan biasanya terkubur di lapangan bintang yang padat. Itu berarti mempelajari situs-situs pembentukan bintang yang intens, terutama saat menyelidiki bintang dengan massa rendah di wilayah tersebut, memerlukan teleskop yang kuat dengan area pengumpul cahaya besar yang dapat menangkap cahaya inframerah, yang, seperti yang telah disinggung, dapat menembus awan materi antar bintang yang padat. Cahaya tampak tidak dapat melakukannya.

Itulah sebabnya tim EWOCS beralih ke JWST dan alat utamanya, Instrumen Mid-Infrared (MIRI) dan Kamera Near-Infrared (NIRCam). Meskipun Westerlund 1 telah dipelajari oleh banyak teleskop lain, termasuk Hubble, JWST tetap memberikan hasil yang tidak terduga bagi Giuseppe dan rekan-rekannya.

"Keajaiban utama datang dari gambar MIRI, yang mengungkapkan nebulositas yang padat dan terstruktur [gas dan debu] di sekitar dan dalam kluster," kata peneliti tersebut. "Nebulositas semacam itu hampir tidak mungkin menjadi sisa dari awan induk tempat kluster ini terbentuk sekitar 5 juta tahun yang lalu."

Ini karena kluster muda dengan populasi bintang masif sedang menciptakan rongga besar di awan mereka dalam waktu kurang dari satu juta tahun.

"Westerlund 1 menampung populasi bintang masif terbesar yang diketahui di dalam kluster galaksi, dan usianya setidaknya 5 juta tahun, jadi seharusnya sudah membersihkan semua awannya," kata Giuseppe. 

"Dalam gambar MIRI, kami pikir kami sedang menyaksikan akumulasi materi intrakluster dari gas dan debu yang dikeluarkan oleh bintang-bintang paling masif dari kluster selama tahap akhir evolusinya, serta interaksi antara angin yang dihasilkan oleh berbagai jenis bintang masif."

Giuseppe menambahkan bahwa gambar MIRI juga mengungkapkan aliran dan cangkang yang aneh di sekitar bintang masif yang paling berkembang di Westerlund 1.

"Dalam dua hingga tiga tahun mendatang, kami akan menerbitkan sebagian besar hasil sains EWOCS," kata Giuseppe. Peneliti tersebut menjelaskan rilis berikutnya akan menjadi studi tentang gas intrakluster panas di kluster, yang dipelajari melalui emisi difus sinar-X.

Tim EWOCS kemudian akan merilis analisis fenomena berenergi tinggi yang terjadi pada beberapa objek kompak di Westerlund 1 serta menghitung distribusi massa bintang massa rendah di kluster tersebut. Para peneliti juga bermaksud untuk menganalisis populasi bintang dengan cakram di kluster tersebut, dan melakukan studi aliran di sekitar bintang yang paling berkembang di wilayah itu, yakni superraksasa merah dan hipergiant kuning.

"Itu hanya untuk menyebutkan beberapa. Semua studi ini akan dimungkinkan tidak hanya berkat JWST tetapi juga observatorium hebat lainnya seperti Chandra dalam sinar-X, ALMA, dan Hubble," kata Giuseppe menutup. 

"Selain itu, analisis pengamatan Westerlund 2, kluster yang sedikit lebih muda namun lebih ringan daripada Westerlund 1, sudah mencapai tahap yang baik, dan kami akan mulai menerbitkan hasil-hasil tersebut segera."

Penelitian tim ini telah diterima untuk dipublikasikan di jurnal Astronomy & Astrophysics dan tersedia sebagai preprint di situs repositori arXiv. (Space/Z-3)