Apa itu galaksi? | teknologi ekstrim

Pada malam cerah dengan langit cerah, Anda dapat melihat Bimasakti, busur bercahaya yang membentang melintasi cakrawala. Dilihat secara kasat mata, awan tembus pandangnya hanyalah taburan indah di malam hari, kemegahannya menginspirasi ratusan kisah penciptaan. Namun teleskop mengungkap struktur halus di dalam dan di luar Bima Sakti yang menjelaskan bagaimana galaksi kita dan galaksi lain terbentuk, menjelaskan evolusi mereka melalui waktu kosmik, dan bahkan memberi petunjuk tentang nasib.

Galaksi adalah kumpulan gas, debu, dan sejumlah besar bintang serta tata suryanya, yang kesemuanya saling menentukan gravitasinya. Galaksi kita berada dalam lingkungan galaksi yang erat yang dikenal sebagai Grup Lokal. Dalam skala ruang, galaksi tersusun dalam filamen, gugus, dan lembaran, yang membentuk superstruktur yang lebih besar.

Perkiraan jumlah galaksi di alam semesta berkisar antara 200 miliar hingga 2 triliun. Galaksi katai mungkin berisi kurang dari seribu bintang. Di ujung lain spektrum, galaksi super raksasa mungkin mempunyai ratusan triliun bintang yang mengorbit di sekitar pusat galaksi. Bima Sakti juga memiliki lubang hitam supermasif di intinya: Sagitarius A* (diucapkan “A-star”).

Bima Sakti di atas Array Milimeter/submilimeter Besar Atacama, di atas Observatorium Selatan Eropa di Andes Chili, pendukung Teleskop Event Horizon multi-fasilitas. Inset: Sagitarius A* seperti yang terlihat melalui Event Horizon Telescope.
Kredit: ESO/José Francisco Salgado, Kolaborasi EHT

Ada tiga jenis galaksi berdasarkan strukturnya: spiral, elips, dan tidak beraturan. Fisikawan juga mengklasifikasikan galaksi berdasarkan aktivitas intinya, seperti lubang hitam supermasif. Sekitar 10% galaksi yang diketahui aktif, dengan luminositas pusatnya ratusan atau ribuan kali lebih terang daripada gabungan luminositas bintang-bintangnya. Ini adalah inti aktif atau galaksi quasar yang terjadi ketika lubang hitam supermasif melahap banyak materi. Gelombang foton berenergi tinggi dari batang quasar yang berputar, mencapai puluhan atau ratusan tahun cahaya ke ruang antargalaksi.

Bima Sakti tidak dianggap sebagai galaksi aktif – setidaknya saat ini – namun menurut NASA galaksi ini mungkin telah mengalami “ledakan aktivitas” dalam beberapa juta tahun terakhir.

Galaksi Siput

Sejauh ini merupakan jenis galaksi yang paling umum, galaksi spiral memiliki inti bintang yang terang dan padat yang berkumpul di sebuah gugus pusat, yang darinya dua atau lebih lengan spiral memanjang menjadi piringan datar dan lebar. Kebanyakan dari mereka memiliki lubang hitam supermasif di pusatnya. (Sagitarius A* memiliki rasio 4,3 juta massa matahari, yang pengukurannya memenangkan Hadiah Nobel Fisika tahun 2020.

Galaksi spiral sering kali memiliki mahkota berbentuk bola, terdiri dari gas, debu, bintang tua, gugus bintang, dan materi gelap—benda tak kasat mata yang tidak menyerap atau memantulkan cahaya, namun masih memiliki tarikan gravitasi pada materi lain. Gugusan bintang terbentuk di pembibitan bintang, yaitu wilayah yang kaya akan gas dan debu yang ditemukan di lengan galaksi spiral, sedangkan bintang yang lebih besar dapat ditemukan di orbit dan lingkaran cahaya.

galaksi spiral adalah galaksi yang paling banyak jumlahnya, spesies lainnya berjumlah tidak kurang dari dua banding satu; proyek Hubble memberikan angka konservatif sebesar 60%, sedangkan Sloan Digital Sky Survey memperkirakan populasi kelas atas sebanyak 77% dari seluruh galaksi spiral.

galaksi spiral, seperti yang dilihat oleh JWST. Debu yang bersinar muncul dalam nuansa merah dan emas. Bintang yang lebih tua berwarna biru. Lonjakan difraksi menunjukkan bahwa galaksi aktif ini memiliki pusat lubang hitam supermasif.
Kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Janice Lee dan Elizabeth Wheatley (STScI), Thomas Williams (Oxford), Tim PHANGS

Sekitar dua pertiga galaksi spiral berbentuk spiral, yang bagian tengah piringannya terbentang dalam pita. Bimasakti termasuk dalam kategori ini, begitu pula galaksi terdekat kita, Galaksi Andromeda.

Galaksi Elips

Lebih tua dan lebih langka dibandingkan galaksi spiral, galaksi elips memiliki bentuk mulai dari oval panjang dan sempit hingga bola. Berbeda dengan galaksi spiral, galaksi elips tidak mempunyai banyak gas dan debu di sekelilingnya, dan hanya menunjukkan sedikit susunan atau struktur yang terlihat. Anggota bintang mengorbit mengelilingi inti galaksi dengan arah yang tidak pasti, dan hanya terdapat sedikit gas yang tersisa untuk membentuk bintang baru.

Sebutan terhormat: Gugus Globular

Gugus bola sering disebut sama dengan galaksi, jadi mereka layak mendapat perhatian. Sebuah gugus bola dapat berisi ribuan hingga “jutaan” anggota bintang, dan gugus bola ditemukan di hampir semua galaksi. Bima Sakti memiliki tidak kurang dari 157, namun globular globular diperkirakan ada di wilayah terdalam galaksi, diselimuti oleh gas dan debu yang menutupi.

Galaksi Lentikuler

Galaksi lenticular merupakan persilangan antara spiral dan elips. Galaksi spiral mempunyai tonjolan dan cakram di tengahnya, sedangkan galaksi lentikular tidak mempunyai lengan. Namun, seperti galaksi elips, galaksi lentikular memiliki populasi bintang yang lebih tua dan pembentukan bintang yang tidak banyak berlangsung.

Ada dua teori utama tentang bagaimana galaksi lentikular berevolusi. Galaksi-galaksi ini diduga merupakan gambaran spiral kuno di masa akhir kehidupan, yang lengannya umumnya menjauh atau menghilang. Pandangan lain menyatakan bahwa apa yang tersisa setelah penggabungan galaksi spiral, seperti takdir, pada akhirnya akan menjadi Bima Sakti dan Andromeda.

Pada bulan September 2024, Teleskop Luar Angkasa James Webb menangkap tabrakan yang sedang berlangsung antara galaksi elips dan jenis galaksi spiral khusus yang disebut galaksi Seyfert, yang umumnya dikenal sebagai Arp 107.
Kredit: NASA, ESA, CSA, STScI

Baca Juga  Mark 6 Rocket untuk Mendapatkan Perangkat Lunak Redundan untuk Anomali Juli

Galaksi Tidak Beraturan

Banyak sekali galaksi yang tidak sesuai dengan model spiral/elips. Benda asing dan asing ini dapat memiliki bentuk mulai dari tetesan air mata hingga jarum, kait, dan cincin. Mereka bukanlah spesies galaksi yang istimewa dan eksotik. Namun dia berpendapat bahwa banyak dari galaksi tak beraturan tersebut mungkin merupakan galaksi spiral yang terlihat dari tepinya, terdistorsi oleh pelensaan gravitasi, atau galaksi elips tua yang terkoyak oleh kekuatan yang lebih besar.

Pada Skala Kosmik

Sangat mudah untuk merasa kecil, tapi tersegel dari Duri Malam. Tata surya kita sendiri berumur tiga tahun cahaya, dan itu bukanlah kesalahan pembulatan jika dibandingkan dengan galaksi secara keseluruhan. Lengan Bima Sakti Orion, tempat kita tinggal, tebalnya seribu tahun cahaya dari bawah ke atas, dan lebarnya hampir seratus mil cahaya dari ujung ke ujung.

Bidang Webb pertama (2022) menangkap gugus galaksi, SMACS 0723, dalam singularitas yang belum pernah terjadi sebelumnya. Gambar ini berisi ribuan galaksi.
Kredit: NASA, ESA, CSA, STScI

Galaksi memang berukuran raksasa, namun struktur tempatnya berada lebih besar. Galaksi Bima Sakti, Andromeda, dan semua satelit kita membentuk sebuah cluster yang dikenal sebagai Grup Lokal. Grup Lokal dan ratusan grup serupa lainnya membentuk Superkluster Virgo, yang merupakan salah satu dari empat “lobus” Superkluster Laniakea: sebuah struktur kosmik dengan ukuran luar biasa yang pusat gravitasinya dikenal sebagai Penarik Besar. Dengan massa gabungan sebesar 10¹⁵ M☉, Superkluster Virgo kita mungkin hanya 0,1% dari total massa kompleks – namun Penarik Besar memiliki tarikan gravitasi yang menunjukkan satu juta kali massa seluruh Superkluster Virgo.

Laniakea dan superkluster tetangganya merupakan bagian dari kompleks Superkluster Pisces-Cetus, sebuah filamen raksasa yang panjangnya hampir seribu miliar tahun. Filamen galaksi adalah struktur terbesar yang diketahui di alam semesta. Tembok terbesar, yang dikenal sebagai Tembok Besar Hercules-Crown Borealis, diperkirakan berukuran sepuluh miliar tahun cahaya.

Melihat ke kejauhan berarti melihat ke masa lalu. galaksi-galaksi terjauh sering kali merupakan galaksi-galaksi tertua, jadi cahaya saat ini menunjukkan kepada kita gambaran galaksi seperti saat cahaya tersebut dipancarkan, miliaran tahun yang lalu. Yang paling kuno tampak bagi kita saat ini seperti yang terjadi beberapa ratus juta tahun yang lalu setelah Big Bang. Misalnya, para astronom JWST mengidentifikasi CEERS J141946.36+525632.8 atau “Galaksi Maisie” yang terbentuk sekitar 13,2 miliar tahun lalu, ketika alam semesta sudah berusia 390 juta tahun. Galaksi jauh lainnya bernama GLASS-Z12 memiliki jarak tempuh cahaya atau waktu aspek 13,6 miliar tahun, yang berarti galaksi tersebut terbentuk setidaknya 13,6 miliar tahun yang lalu: jauh di zaman kegelapan kosmik, sebelum reionisasi alam semesta selesai. Namun karena perluasan alam semesta, jarak sebenarnya saat ini adalah 33,2 miliar tahun cahaya.

Pergeseran merah

Kecepatan cahaya adalah semacam batas kecepatan universal, dan jika alam semesta dimulai 13,8 miliar tahun yang lalu, maka Anda mengira alam semesta yang terlihat hanya akan lebih luas 13,8 miliar tahun. Tapi ada lebih banyak cerita. Galaksi seperti GLASS-Z12 berada sangat jauh karena alam semesta sendiri sedang mengembang. Fisikawan pertama kali menemukan hal ini karena fenomena yang disebut pergeseran Doppler atau pergeseran merah. Gelombang cahaya dikompresi ketika objek mendekat, yang tampak lebih pendek dan karenanya “lebih biru” daripada aslinya. Mereka menghasilkan objek yang menjauh dari pengamat dan melayang menuju titik merah. Nama Z12 di GLASS-Z12 menggambarkan pergeseran Doppler atau pergeseran merahnya.

Dalam menghitung ukuran alam semesta tampak, para astronom termasuk Edwin Hubble dan Georges Lemaître menyatakan bahwa cahaya dari galaksi jauh akan menyatu kembali seiring bertambahnya jarak karena jarak dari Bumi. Jika segala sesuatunya bertumbuh, dari mana segala sesuatunya bermula? Dari pertanyaan sentral itulah muncullah gagasan Big Bang. Hubble, sementara itu, memberikan namanya pada buku matematika yang menjelaskan perluasan alam semesta, dan teleskop luar angkasa yang mengkonfirmasi karyanya.

Galaksi dekat dan jauh adalah target favorit penerus spiritual dan teknologi Hubble, Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang dibangun untuk menyelidiki (antara lain) bagaimana galaksi terbentuk, tumbuh, menyatu, dan akhirnya menua. Sejak debutnya pada tahun 2021, JWST telah memecahkan rekor galaksi terbesar, tertua, dan terjauh yang pernah ditemukan. Tujuan utama Webb lainnya: untuk memeriksa dan menyempurnakan model materi gelap dan konstanta Hubble yang dibuat oleh para astronom, yang keduanya merupakan kunci perluasan alam semesta. Materi gelap yang dingin mungkin tidak terlihat secara normal, namun ia masih memiliki tarikan gravitasi. Tak kasat mata atau tidak, kalau ada pasti JWST menemukannya.