Sejak para astronom menyadari bahwa Semesta berada dalam kondisi ekspansi konstan dan bahwa ledakan besar kemungkinan memulai semuanya 13,8 miliar tahun yang lalu (Big Bang), ada pertanyaan yang belum terselesaikan tentang kapan dan bagaimana bintang-bintang pertama terbentuk. Berdasarkan data yang dikumpulkan oleh NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) dan misi serupa, ini diyakini terjadi sekitar 100 juta tahun setelah Big Bang.
Banyak detail tentang bagaimana proses rumit ini bekerja tetap menjadi misteri. Namun, bukti baru yang dikumpulkan oleh tim yang dipimpin oleh para peneliti dari Institut Max Planck untuk Astronomi menunjukkan bahwa bintang-bintang pertama pasti terbentuk agak cepat. Menggunakan data dari Teleskop Magellan di Las Campanas Observatory, tim mengamati awan gas di mana pembentukan bintang terjadi hanya 850 juta tahun setelah Big Bang.
Studi yang menggambarkan temuan mereka, yang baru-baru ini muncul di Internet Jurnal Astrofisika, dipimpin oleh Eduardo Bañados. Seorang anggota di Carnegie Institution for Science pada saat itu, Banados dan rekan-rekannya mengamati awan gas sambil melakukan pengamatan lanjutan pada survei 15 quasar paling jauh yang dikenal.
Survei ini telah disiapkan oleh Chiara Mazzucchelli, seorang astronom dengan European Southern Observatory (ESO) dan rekan penulis dalam penelitian ini, sebagai bagian dari Ph.D. penelitian di Institut Max Planck untuk Astronomi. Sementara memeriksa spektrum satu quasar pada khususnya (P183 + 05), mereka mencatat bahwa ia memiliki beberapa fitur yang agak aneh.
Menggunakan Teleskop Magellan 6,5 m Carnegie Institution di Las Campanas Observatory di Chile, Banados dan rekan-rekannya mengenali fitur spektral seperti apa adanya: awan gas terdekat yang sedang diterangi oleh quasar. Spektrum itu juga memberi tahu mereka seberapa jauh awan gas itu dari Bumi - lebih dari 13 miliar tahun cahaya jauhnya - menjadikannya salah satu yang paling jauh yang pernah diamati dan diidentifikasi oleh para astronom.
Selain itu, mereka menemukan spektrum yang menunjukkan keberadaan sejumlah elemen seperti karbon, oksigen, besi, dan magnesium - yang secara kimia disebut "logam" karena mereka lebih berat daripada helium. Unsur-unsur seperti itu diciptakan pada awal Semesta sebagai generasi pertama bintang (alias “populasi III”) melepaskan mereka ke dalam kosmos setelah mereka mencapai akhir masa hidup mereka dan meledak sebagai supernova.
Seperti yang dikatakan Michael Rauch, seorang astronom dari Carnegie Institution of Science dan co-penulis studi baru, mengatakan:
"Setelah kami yakin bahwa [kami] melihat gas murni seperti itu hanya 850 juta tahun setelah Big Bang kami mulai bertanya-tanya apakah sistem ini masih dapat mempertahankan tanda tangan kimia yang dihasilkan oleh generasi bintang pertama."
Menemukan generasi bintang pertama telah lama menjadi tujuan para astronom karena akan memberikan pemahaman yang lebih komprehensif tentang sejarah Semesta. Seiring berjalannya waktu, unsur-unsur yang lebih berat daripada hidrogen memainkan peran penting dalam pembentukan bintang-bintang, di mana materi berkumpul bersama karena saling tertarik dan kemudian mengalami keruntuhan gravitasi.
Karena hanya hidrogen dan helium yang diyakini telah ada di Semesta setelah Big Bang, generasi pertama bintang tidak memiliki unsur-unsur kimia ini - yang membuatnya berbeda dari setiap generasi berikutnya. Oleh karena itu mengejutkan untuk mencatat kelimpahan relatif unsur-unsur ini dalam awan gas awal, yang sebenarnya sebanding dengan apa yang para astronom lihat dalam awan gas intergalaksi hari ini.
Pengamatan ini menimbulkan tantangan besar bagi teori konvensional tentang bagaimana bintang pertama di alam semesta kita terbentuk. Pada dasarnya, ini menunjukkan bahwa pembentukan bintang harus dimulai jauh lebih awal untuk menghasilkan unsur-unsur kimia ini. Berdasarkan studi yang melibatkan supernova tipe Ia, diperkirakan bahwa ledakan yang diperlukan untuk menghasilkan logam ini dengan kelimpahan yang diamati akan memakan waktu sekitar 1 miliar tahun untuk terjadi.
Singkatnya, para ilmuwan mungkin telah mati sekitar satu generasi ketika datang ke ketika bintang pertama lahir, menyiratkan bahwa mungkin ada beberapa di sekitar selama ribuan tahun awal Semesta. Ini secara efektif berarti bahwa bintang-bintang pertama harus terbentuk agak cepat dari sup purba hidrogen dan helium yang merupakan Semesta awal. Temuan ini dapat memiliki implikasi serius bagi teori tentang evolusi kosmik.
Seperti yang dikatakan Bañados, tujuannya sekarang adalah untuk mengonfirmasi ini dengan menemukan awan gas tambahan yang memiliki kelimpahan bahan kimia yang serupa:
"Sangat menarik bahwa kita dapat mengukur logam dan kelimpahan bahan kimia begitu awal dalam sejarah alam semesta, tetapi jika kita ingin mengidentifikasi tanda tangan bintang-bintang pertama kita perlu menyelidiki lebih awal dalam sejarah kosmik. Saya optimis bahwa kita akan menemukan awan gas yang lebih jauh lagi, yang dapat membantu kita memahami bagaimana bintang-bintang pertama dilahirkan. "
Relativitas memberi tahu kita bahwa ruang dan waktu adalah dua ekspresi dari realitas yang sama. Ergo, dengan melihat lebih jauh ke Semesta, kita juga melihat lebih jauh ke masa lalu. Dengan melakukan hal itu, para astronom telah dapat menyesuaikan model dan ide kosmologis mereka tentang bagaimana dan kapan semuanya dimulai. Mengetahui bahwa bintang-bintang pertama di Semesta dapat memiliki asal-usulnya didorong kembali ke waktu yang lebih awal; yah, itu hanya bagian dari kurva pembelajaran!
