Teleskop James Webb temukan bintang raksasa di alam semesta awal

 Para astronom akhirnya menemukan bukti observasional langsung tentang keberadaan bintang supermasif di alam semesta awal, sebuah teka-teki kosmik yang telah membingungkan ilmuwan selama lebih dari 20 tahun. Penemuan ini dimungkinkan berkat pengamatan mendalam menggunakan NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope (JWST) terhadap sebuah galaksi purba bernama GS 3073.

Galaksi ini berada pada redshift 5,55, yang berarti kita melihatnya sebagaimana keadaannya sekitar satu miliar tahun setelah Dentuman Besar (Big Bang). Di sinilah para astronom menemukan sidik jari kimia yang tak biasa—jejak yang hanya bisa dijelaskan oleh keberadaan bintang purba dengan massa 1.000 hingga 10.000 kali Matahari.

“Penemuan terbaru kami membantu memecahkan misteri kosmik yang telah bertahan selama 20 tahun,” ujar Dr. Daniel Whalen, astronom dari University of Portsmouth.

“Dengan GS 3073, kami memiliki bukti observasional pertama bahwa bintang-bintang monster ini benar-benar pernah ada.”

Misteri Kuno: Dari Mana Asal Lubang Hitam Raksasa?

Sejak lama, para ilmuwan bertanya-tanya bagaimana quasar—inti galaksi yang sangat terang dan ditenagai oleh lubang hitam supermasif—bisa terbentuk begitu cepat, bahkan ketika alam semesta masih sangat muda.

Pada 2022, para astronom memprediksi bahwa jawabannya mungkin terletak pada bintang supermasif generasi pertama, yang terbentuk secara alami dari aliran gas dingin yang langka dan sangat turbulen di alam semesta awal.

Kini, prediksi itu mendapatkan dukungan kuat dari data observasi nyata.

“Raksasa kosmik ini bersinar sangat terang dalam waktu singkat sebelum runtuh menjadi lubang hitam besar, meninggalkan tanda-tanda kimia yang masih bisa kita deteksi miliaran tahun kemudian,” jelas Whalen.

“Seperti dinosaurus di Bumi, mereka sangat besar, primitif, dan berumur pendek—hanya sekitar seperempat juta tahun, sekejap mata dalam skala kosmik.”

Sidik Jari Kimia yang Tak Lazim

Kunci utama penemuan ini adalah rasio nitrogen terhadap oksigen di galaksi GS 3073. Para peneliti menemukan nilai rasio 0,46, angka yang terlalu tinggi untuk dapat dijelaskan oleh jenis bintang atau ledakan bintang (supernova) yang selama ini dikenal.

“Kelimpahan unsur kimia bertindak seperti sidik jari kosmik, dan pola di GS 3073 tidak bisa dihasilkan oleh bintang biasa,” kata Dr. Devesh Nandal, astronom dari University of Virginia dan Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics.

“Kandungan nitrogennya yang ekstrem hanya cocok dengan satu sumber yang kami kenal: bintang purba dengan massa ribuan kali Matahari.”

Temuan ini menunjukkan bahwa generasi pertama bintang di alam semesta tidak hanya terdiri dari bintang besar, tetapi juga objek supermasif yang berperan penting dalam membentuk galaksi awal dan kemungkinan besar menjadi “benih” lubang hitam supermasif yang kita amati hari ini.

Bagaimana Bintang Monster Menghasilkan Nitrogen?

Untuk memastikan asal-usul nitrogen tersebut, tim peneliti memodelkan evolusi bintang dengan massa 1.000–10.000 Matahari dan unsur-unsur yang mereka hasilkan. Hasilnya mengungkap mekanisme yang sangat spesifik:

Inti bintang membakar helium, menghasilkan karbon.

Karbon bocor ke lapisan luar tempat hidrogen terbakar.

Karbon bereaksi dengan hidrogen membentuk nitrogen melalui siklus CNO (carbon–nitrogen–oxygen).

Arus konveksi menyebarkan nitrogen ke seluruh bintang.

Material kaya nitrogen ini kemudian dilepaskan ke ruang antarbintang, memperkaya gas di sekitarnya.

Proses ini berlangsung selama jutaan tahun pada fase pembakaran helium dan menghasilkan kelebihan nitrogen yang kini terdeteksi di GS 3073.

Mati Tanpa Ledakan, Lahirkan Lubang Hitam

Berbeda dengan bintang masif biasa, bintang supermasif ini tidak meledak sebagai supernova ketika mati. Sebaliknya, mereka runtuh langsung menjadi lubang hitam raksasa dengan massa ribuan kali Matahari.

Menariknya, GS 3073 memang memiliki lubang hitam aktif di pusatnya—yang kemungkinan besar merupakan sisa langsung dari salah satu bintang supermasif purba tersebut.

Jika hal ini dikonfirmasi, maka dua misteri besar terjawab sekaligus: dari mana nitrogen ekstrem itu berasal dan bagaimana lubang hitam besar bisa terbentuk begitu cepat di alam semesta awal.

Penelitian ini juga menemukan bahwa tanda kimia nitrogen hanya muncul pada rentang massa tertentu.

“Bintang dengan massa di bawah 1.000 Matahari atau di atas 10.000 Matahari tidak menghasilkan pola kimia yang tepat,” jelas para ilmuwan.

“Ini menunjukkan adanya ‘sweet spot’ massa untuk jenis pengayaan kimia seperti yang kita lihat di GS 3073.”

Studi ini dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Astrophysical Journal Letters dan menjadi tonggak penting dalam pemahaman kita tentang bintang generasi pertama, evolusi galaksi awal, dan asal-usul lubang hitam supermasif.

Dengan kemampuan James Webb yang terus mengungkap alam semesta purba, para astronom kini selangkah lebih dekat untuk memahami bagaimana struktur kosmik terbesar di alam semesta lahir dari bintang-bintang raksasa yang hidup singkat, namun berdampak abadi.