Para astronom berpikir bahwa bintang-bintang terbentuk di dalam awan gas hidrogen yang runtuh. Awan-awan ini sangat sulit dilihat karena atmosfer Bumi menyerap banyak cahaya yang dipancarkannya; namun, gas lain, karbon monoksida selalu ada juga, dan dapat diamati dengan mudah dari Bumi. Para astronom dari Institut Max Planck untuk Radio Astronomi telah mengembangkan peta terperinci dari wilayah pembentuk bintang ini di galaksi Andromeda.
Bagaimana bintang terbentuk? Ini adalah salah satu pertanyaan paling penting dalam astronomi. Kita tahu bahwa pembentukan bintang terjadi di awan gas dingin dengan suhu di bawah -220 C (50 K). Hanya di daerah gas padat inilah gravitasi dapat menyebabkan keruntuhan dan karenanya membentuk bintang. Awan gas dingin dalam galaksi tersusun istimewa dari molekul hidrogen, H2 (dua atom hidrogen terikat sebagai satu molekul). Molekul ini memancarkan garis spektrum lemah dalam bandwidth inframerah spektrum yang tidak dapat diamati oleh teleskop berbasis bumi karena atmosfer menyerap radiasi ini. Oleh karena itu, para astronom mempelajari molekul lain yang selalu ditemukan di lingkungan H2, yaitu karbon monoksida, CO. Garis spektral intens CO pada panjang gelombang 2,6 mm dapat diamati dengan teleskop radio yang ditempatkan di lokasi yang menguntungkan secara atmosfer: tinggi dan gunung kering, di padang pasir atau di Kutub Selatan. Dalam ruang kosmik karbon monoksida adalah indikator kondisi yang menguntungkan untuk pembentukan bintang dan planet baru.
Di galaksi kita, Bimasakti, penelitian tentang distribusi karbon monoksida telah dilakukan sejak lama. Para astronom menemukan gas dingin yang cukup untuk pembentukan bintang selama jutaan tahun yang akan datang. Tetapi banyak pertanyaan yang tidak terjawab; misalnya bagaimana bahan baku gas molekuler ini ada pada awalnya. Apakah ini dipasok oleh tahap awal pengembangan Galaxy, atau dapatkah itu dibentuk dari gas atom yang lebih hangat? Dapatkah awan molekul runtuh secara spontan atau apakah perlu tindakan dari luar untuk membuatnya tidak stabil dan runtuh? Karena Matahari terletak di cakram Bimasakti, sangat sulit untuk memperoleh gambaran umum tentang proses yang terjadi di Galaksi kita. Melihat dari "luar" akan membantu dan begitu juga melihat tetangga kosmik kita.
Galaksi Andromeda, juga dikenal dengan nomor katalog M31, adalah sistem miliaran bintang, mirip dengan Bima Sakti kita. Jarak M31 adalah 'hanya' 2,5 juta tahun cahaya, menjadikannya galaksi spiral terdekat. Galaksi memanjang lebih dari 5 derajat di langit dan dapat dilihat dengan mata telanjang sebagai awan difus kecil. Studi tentang tetangga kosmik ini dapat membantu memahami proses di Galaxy kita sendiri. Sayangnya, kita melihat cakram gas dan bintang-bintang di M31 hampir edge-on (lihat Gambar 1, kanan).
Pada 1995, tim astronom radio di Institut de Radioastronomie Millimà © trique (IRAM) di Grenoble (Michel Guà © lin, Hans Ungerechts, Robert Lucas) dan di Institut Max Planck untuk Astronomi Radio (MPIfR) di Bonn (Christoph Nieten, Nikolaus Neininger, Elly Berkhuijsen, Rainer Beck, Richard Wielebinski) memulai proyek ambisius untuk memetakan seluruh galaksi Andromeda di garis spektral karbon monoksida. Instrumen yang digunakan untuk proyek ini adalah teleskop radio 30-meter IRAM yang terletak di Pico Veleta (2970 meter) dekat Granada di Spanyol. Dengan resolusi sudut 23 detik busur (pada frekuensi pengamatan 115 GHz = panjang gelombang 2,6 mm) 1,5 juta posisi individu harus diukur. Untuk mempercepat proses pengamatan digunakan metode pengukuran baru. Alih-alih mengamati di setiap posisi, teleskop radio didorong dalam strip melintasi galaksi dengan perekaman data yang berkelanjutan. Metode pengamatan ini, yang disebut 'on the fly', secara khusus dikembangkan untuk proyek M31; sekarang praktik standar, tidak hanya di teleskop radio Pico Veleta tetapi juga di teleskop lain yang mengamati pada panjang gelombang milimeter.
Untuk setiap posisi yang diamati dalam M31 tidak hanya satu nilai intensitas CO yang direkam, tetapi 256 nilai secara bersamaan melintasi spektrum dengan bandwidth 0,2% dari panjang gelombang pusat 2,6 mm. Dengan demikian set data pengamatan lengkap terdiri dari sekitar 400 juta angka! Posisi tepat garis CO dalam spektrum memberi kita informasi tentang kecepatan gas dingin. Jika gas bergerak ke arah kita, maka garis dialihkan ke panjang gelombang yang lebih pendek. Ketika sumber bergerak menjauh dari kita, maka kita melihat pergeseran ke panjang gelombang yang lebih panjang. Ini adalah efek yang sama (efek Doppler) yang dapat kita dengar ketika sirene ambulans bergerak ke arah kita atau menjauh dari kita. Dalam astronomi, efek Doppler memungkinkan gerakan awan gas dipelajari; bahkan awan dengan kecepatan berbeda yang terlihat dalam garis pandang yang sama dapat dibedakan. Jika garis spektral luas, maka awan mungkin mengembang atau terdiri dari beberapa awan pada kecepatan yang berbeda.
Pengamatan selesai pada tahun 2001. Dengan lebih dari 800 jam waktu teleskop, ini adalah salah satu proyek pengamatan terbesar yang dilakukan dengan teleskop IRAM atau MPIfR. Setelah pemrosesan dan analisis data dalam jumlah besar yang sangat banyak, distribusi lengkap gas dingin di M31 baru saja diterbitkan (lihat Gambar 1, kiri).
Gas dingin di M31 terkonsentrasi di struktur yang sangat kerawang di lengan spiral. Garis CO tampaknya cocok untuk melacak struktur lengan spiral. Lengan spiral yang berbeda terlihat pada jarak antara 25.000 dan 40.000 tahun cahaya dari pusat Andromeda, di mana sebagian besar pembentukan bintang terjadi. Di daerah pusat, tempat sebagian besar bintang yang lebih tua berada, lengan CO jauh lebih lemah. Sebagai hasil dari kecenderungan tinggi M31 relatif terhadap garis pandang (sekitar 78 derajat) lengan spiral tampaknya membentuk cincin elips besar dengan sumbu utama 2 derajat. Faktanya, untuk waktu yang lama Andromeda diambil, secara keliru, menjadi 'cincin-galaksi'.
Peta kecepatan gas (lihat Gambar. 2) menyerupai tembakan cepat dari roda api raksasa. Di satu sisi (di selatan, kiri) gas CO bergerak dengan kecepatan sekitar 500 km / detik ke arah kami (biru), tetapi di sisi lain (utara, kanan) dengan 'hanya' 100 km / detik (merah). Karena galaksi Andromeda bergerak ke arah kita dengan kecepatan sekitar 300 km / detik, ia akan melewati Bima Sakti dalam waktu sekitar 2 miliar tahun. Selain itu, M31 berputar dengan sekitar 200 km / detik di sekitar poros tengahnya. Karena awan CO bagian dalam bergerak pada jalur yang lebih pendek daripada awan luar, mereka dapat saling menyalip. Ini mengarah pada struktur spiral.
Kerapatan gas molekul dingin di lengan spiral jauh lebih besar daripada di daerah antara lengan, sedangkan gas atom lebih merata. Ini menunjukkan bahwa gas molekuler terbentuk dari gas atom di lengan spiral, terutama di cincin sempit pembentukan bintang. Asal usul cincin ini masih belum jelas. Bisa jadi gas di cincin ini hanyalah bahan yang belum digunakan untuk bintang. Atau mungkin medan magnet yang sangat teratur di M31 memicu pembentukan bintang di lengan spiral. Pengamatan dengan teleskop Effelsberg menunjukkan bahwa medan magnet erat mengikuti lengan spiral yang terlihat pada CO.
Cincin pembentukan bintang ('zona kelahiran') di Bima Sakti kita sendiri, yang membentang dari 10.000 hingga 20.000 tahun cahaya dari pusat, lebih kecil daripada di M31. Meskipun demikian, ia mengandung gas molekul hampir 10 kali lebih banyak (lihat tabel dalam Lampiran). Karena semua galaksi memiliki usia yang sama, Bima Sakti lebih ekonomis dengan bahan bakunya. Di sisi lain, banyak bintang tua di dekat pusat M31 menunjukkan bahwa di masa lalu laju pembentukan bintang jauh lebih tinggi daripada saat ini: di sini sebagian besar gas sudah diproses. Peta CO baru menunjukkan kepada kita bahwa Andromeda sangat efektif dalam membentuk bintang di masa lalu. Dalam miliaran tahun dari sekarang Bimasakti kita mungkin terlihat mirip dengan Andromeda sekarang.
Sumber Asli: Rilis Berita Max Planck Institute
