Pengamatan oleh tim astronom internasional dengan spektrometer UVES pada ESO's Very Large Telescope di Paranal Observatory (Chile) telah memberikan cahaya baru pada zaman paling awal galaksi Bima Sakti.
Pengukuran konten Berilium pertama kali dalam dua bintang dalam gugus bola (NGC 6397) - mendorong teknologi astronomi saat ini ke batas - telah memungkinkan untuk mempelajari fase awal antara pembentukan generasi pertama bintang di Bima Sakti Cara dan cara gugus bintang ini. Interval waktu ini ditemukan berjumlah 200 - 300 juta tahun.
Usia bintang-bintang di NGC 6397, sebagaimana ditentukan melalui model evolusi bintang, adalah 13.400? 800 juta tahun. Menambahkan dua interval waktu memberi usia Bima Sakti, 13.600? 800 juta tahun.
Perkiraan terbaik saat ini tentang usia Alam Semesta, seperti yang disimpulkan, mis., Dari pengukuran Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik, adalah 13.700 juta tahun. Pengamatan baru menunjukkan bahwa generasi pertama bintang di galaksi Bimasakti terbentuk segera setelah akhir ~ 200 juta tahun "Abad Kegelapan" yang menggantikan Big Bang.
Usia Bima Sakti
Berapa usia Bima Sakti? Kapan bintang-bintang pertama di galaksi kita menyala?
Pemahaman yang tepat tentang pembentukan dan evolusi sistem Bima Sakti sangat penting bagi pengetahuan kita tentang Alam Semesta. Namun demikian, pengamatan terkait adalah di antara yang paling sulit, bahkan dengan teleskop paling kuat yang tersedia, karena mereka melibatkan studi rinci tentang benda-benda langit tua, terpencil dan sebagian besar pingsan.
Gugus global dan usia bintang
Fisika astro modern mampu mengukur usia bintang-bintang tertentu, yaitu waktu yang berlalu sejak mereka dibentuk oleh kondensasi dalam awan gas dan debu antarbintang besar. Beberapa bintang sangat "muda" dalam hal astronomi, hanya beberapa juta tahun seperti yang ada di Nebula Orion terdekat. Matahari dan sistem planetnya terbentuk sekitar 4.560 juta tahun yang lalu, tetapi banyak bintang lain terbentuk lebih awal. Beberapa bintang tertua di Bima Sakti ditemukan dalam gugusan bintang besar, khususnya di “gugus bola” (PR Foto 23a / 04), disebut demikian karena bentuknya yang bulat.
Bintang-bintang yang tergabung dalam gugus bola dilahirkan bersama-sama, dari awan yang sama dan pada saat yang sama. Karena bintang-bintang dari massa yang berbeda berevolusi dengan laju yang berbeda, dimungkinkan untuk mengukur usia gugus bola dengan akurasi yang cukup baik. Yang tertua ditemukan berusia lebih dari 13.000 juta tahun.
Namun, bintang-bintang kluster itu bukan bintang pertama yang terbentuk di Bima Sakti. Kita tahu ini, karena mengandung unsur-unsur kimia tertentu dalam jumlah kecil yang pasti telah disintesis dalam generasi bintang masif sebelumnya yang meledak sebagai supernova setelah kehidupan yang singkat dan penuh energi. Bahan yang diproses disimpan di awan tempat generasi bintang berikutnya terbentuk, lih. ESO PR 03/01.
Meskipun pencarian intensif, sampai sekarang tidak mungkin menemukan bintang yang kurang masif dari generasi pertama ini yang mungkin masih bersinar sampai sekarang. Karenanya, kita tidak tahu kapan bintang-bintang pertama ini terbentuk. Untuk saat ini, kita hanya dapat mengatakan bahwa Bima Sakti harus lebih tua dari bintang-bintang gugus bola tertua.
Tapi berapa lama?
Berilium untuk menyelamatkan
Apa yang ingin dimiliki para astrofisikawan adalah sebuah metode untuk mengukur interval waktu antara pembentukan bintang-bintang pertama di Bima Sakti (yang banyak di antaranya dengan cepat menjadi supernova) dan momen ketika bintang-bintang dalam gugus bola pada usia yang diketahui terbentuk. Jumlah interval waktu ini dan usia bintang-bintang itu akan menjadi usia Bima Sakti.
Pengamatan baru dengan VLT di Observatorium Paranal ESO kini menghasilkan terobosan ke arah ini. Elemen ajaibnya adalah "Berilium"!
Berilium adalah salah satu elemen paling ringan [2] - inti isotop yang paling umum dan stabil (Berilium-9) terdiri dari empat proton dan lima neutron. Hanya hidrogen, helium, dan lithium yang lebih ringan. Tetapi sementara ketiganya diproduksi selama Big Bang, dan sementara sebagian besar unsur yang lebih berat diproduksi kemudian di bagian dalam bintang, Beryllium-9 hanya dapat diproduksi oleh "spallation kosmik". Yaitu, dengan memecah-mecah inti lebih berat yang bergerak cepat - berasal dari ledakan supernova yang disebutkan dan disebut sebagai "sinar kosmik galaksi" yang energetik - ketika mereka bertabrakan dengan inti cahaya (kebanyakan proton dan partikel alfa, yaitu hidrogen dan inti helium) di media antarbintang.
Sinar kosmik galaksi dan jam Berilium
Sinar kosmik galaksi bergerak di seluruh Bima Sakti awal, dipandu oleh medan magnet kosmik. Produksi Berilium yang dihasilkan cukup seragam di dalam galaksi. Jumlah Berilium meningkat seiring waktu dan inilah mengapa ia dapat bertindak sebagai "jam kosmik".
Semakin lama waktu yang berlalu antara pembentukan bintang-bintang pertama (atau, lebih tepatnya, kehancuran cepat mereka dalam ledakan supernova) dan pembentukan bintang-bintang gugus bola, semakin tinggi kandungan Berilium dalam medium antarbintang tempat mereka terbentuk. . Jadi, dengan anggapan bahwa Berilium ini tersimpan dalam atmosfer bintang, semakin banyak Berilium ditemukan dalam bintang seperti itu, semakin lama interval waktu antara pembentukan bintang pertama dan bintang ini.
Berilium karena itu dapat memberi kita informasi yang unik dan penting tentang durasi tahap awal Bimasakti.
Pengamatan yang sangat sulit
Sejauh ini bagus. Fondasi teoretis untuk metode penanggalan ini dikembangkan selama tiga dekade terakhir dan yang diperlukan hanyalah mengukur kandungan Berilium di beberapa bintang gugus bola.
Tapi ini tidak sesederhana kedengarannya! Masalah utama adalah Berilium hancur pada suhu di atas beberapa juta derajat. Ketika sebuah bintang berevolusi menuju fase raksasa bercahaya, gerakan kekerasan (konveksi) terjadi, gas di atmosfer bintang atas bersentuhan dengan gas interior panas di mana semua Berilium telah dihancurkan dan kandungan Berilium awal di atmosfer bintang adalah dengan demikian diencerkan secara signifikan. Untuk menggunakan jam Berilium, oleh karena itu perlu untuk mengukur konten elemen ini dalam bintang yang kurang masif, kurang berkembang dalam gugus bola. Dan yang disebut "bintang-bintang turn-off (TO)" ini pada dasarnya pingsan.
Faktanya, masalah teknis yang harus diatasi adalah tiga kali lipat: Pertama, semua gugus bola sangat jauh dan karena bintang-bintang yang diukur pada dasarnya pingsan, mereka tampak sangat pingsan di langit. Bahkan di NGC6397, gugus globular terdekat kedua, bintang-bintang TO memiliki magnitudo visual ~ 16, atau 10.000 kali lebih redup daripada bintang paling redup yang terlihat oleh mata tanpa bantuan. Kedua, hanya ada dua tanda tangan Berilium (garis spektral) yang terlihat dalam spektrum bintang dan karena bintang-bintang tua ini memang mengandung Berilium yang relatif kecil, garis-garis itu sangat lemah, terutama jika dibandingkan dengan garis spektral tetangga dari elemen lain. Dan ketiga, dua garis Berilium terletak di daerah spektral yang sedikit dieksplorasi pada panjang gelombang 313 nm, yaitu, di bagian ultraviolet dari spektrum yang sangat dipengaruhi oleh penyerapan di atmosfer terestrial dekat batas 300 nm, di bawahnya pengamatan dari tanah tidak lagi memungkinkan.
Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa pengamatan semacam itu belum pernah dilakukan sebelumnya, kesulitan teknisnya tidak dapat diatasi.
VLT dan UVES melakukan pekerjaan
Menggunakan spektrometer UVES berkinerja tinggi pada teleskop Kuyen 8,2-m dari ESO's Very Large Telescope di Paranal Observatory (Chile) yang sangat sensitif terhadap cahaya ultraviolet, tim ESO dan astronom Italia [1] berhasil mendapatkan yang andal pertama pengukuran kandungan Berilium dalam dua bintang-TO (dilambangkan "A0228" dan "A2111") dalam gugus bola NGC 6397 (PR Foto 23b / 04). Terletak pada jarak sekitar 7.200 tahun cahaya ke arah bidang bintang yang kaya di konstelasi selatan Ara, itu adalah salah satu dari dua kelompok bintang terdekat dari jenis ini; yang lainnya adalah Messier 4.
Pengamatan dilakukan selama beberapa malam selama tahun 2003. Dengan total paparan lebih dari 10 jam pada masing-masing bintang dengan magnitudo 16, mereka mendorong VLT dan UVES ke batas teknis. Merenungkan kemajuan teknologi, pemimpin tim, ESO-astronom Luca Pasquini, gembira: "Hanya beberapa tahun yang lalu, pengamatan seperti ini tidak mungkin dilakukan dan tetap menjadi mimpi astronom!"
Spektrum yang dihasilkan (Foto PR 23c / 04) dari bintang redup menunjukkan tanda tangan lemah ion Berilium (Be II). Membandingkan spektrum yang diamati dengan serangkaian spektra sintetik dengan kandungan Berilium yang berbeda (dalam astrofisika: "kelimpahan") memungkinkan para astronom menemukan yang paling cocok dan dengan demikian untuk mengukur jumlah Berilium yang sangat kecil di bintang-bintang ini: untuk setiap atom Berilium terdapat sekitar 2.224.000.000.000 atom hidrogen.
Garis berilium juga terlihat pada bintang lain dengan tipe yang sama dengan bintang-bintang ini, HD 218052, lih. Foto PR 23c / 04. Namun, itu bukan anggota dari sebuah cluster dan umurnya sejauh ini tidak sebanyak yang diketahui dari bintang cluster. Konten Beriliumnya sangat mirip dengan bintang-bintang gugusan, menunjukkan bahwa bintang bidang ini dilahirkan pada waktu yang hampir bersamaan dengan gugusan.
Dari Big Bang sampai sekarang
Menurut teori spallation terbaik saat ini, jumlah Berilium yang terukur pasti terakumulasi dalam kurun waktu 200 - 300 juta tahun. Astronom Italia Daniele Galli, anggota tim yang lain, melakukan perhitungan: “Jadi sekarang kita tahu bahwa usia Bimasakti adalah ini jauh lebih dari usia gugus bola itu - karena itu galaksi kita harus 13.600? 800 juta tahun. Ini adalah pertama kalinya kami memperoleh penentuan independen atas nilai fundamental ini! ".
Dalam ketidakpastian yang diberikan, angka ini juga sangat cocok dengan perkiraan saat ini tentang usia Alam Semesta, 13.700 juta tahun, yang merupakan waktu berlalu sejak Big Bang. Dengan demikian nampak bahwa generasi pertama bintang di galaksi Bimasakti terbentuk pada sekitar saat "Abad Kegelapan" berakhir, sekarang diyakini sekitar 200 juta tahun setelah Big Bang.
Tampaknya sistem tempat kita hidup mungkin benar-benar salah satu anggota "pendiri" populasi galaksi di Semesta.
Informasi Lebih Lanjut
Penelitian yang disajikan dalam siaran pers ini dibahas dalam sebuah makalah yang berjudul "Jadilah bintang penghilang NGC 6397: spallation Galaxy awal, kosmokronologi dan pembentukan klaster" oleh L. Pasquini dan rekan penulis yang akan diterbitkan dalam jurnal penelitian Eropa "Astronomi & Astrofisika" (astro-ph / 0407524).
Sumber Asli: Siaran Berita ESO
