Pada 3 September lalu, Herschel diarahkan ke suatu reservoir kabut gas dingin di konstelasi Salib Selatan (Southern Cross) di dekat bidang galaksi. Saat teleskop tersebut memindai langit, perangkat Spectral and Photometric Imaging REceiver, SPIRE, dan Photoconductor Array Camera and Spectrometer, PACS mengambil sejumlah citra dari daerah yang terletak di sekitar 60° dari pusat galaksi, ribuan tahun cahaya dari bumi.

Lima panjang gelombang inframerah telah dikodekan dalam bentuk warna-warni untuk memungkinkan para ilmuwan membedakan material yang sangat dingin (merah) dengan lingkungan sekitarnya yang sedikit lebih hangat (biru).

Citra ini mengungkap struktur pada material di Galaksi kita, dalam bentuk yang belum pernah disaksikan sebelumnya. Bahkan sebelum ada analisis yang lebih rinci, para ilmuwan telah mengumpulkan informasi mengenai kuantitas material, massa, temperatur, komposisi, dan apakah struktur tersebut sedang runtuh untuk membentuk bintang-bintang baru.

Citra dari instrumen SPIRE (atas) dan PACS (bawah) yang diambil oleh teleskop Herschel (Gambar: ESA)

Bahwa area yang gelap dan dingin semacam ini ternyata penuh dengan aktifitas adalah hal yang tak terduga. Namun citra-citra itu juga mengungkapkan adanya gejolak yang mengejutkan: material antarbintang berkondensasi menjadi filamen yang memalar (continous) dan saling terhubung yang berpendar dari cahaya yang dipancarkan oleh bintang-bintang yang baru lahir pada berbagai tingkat perkembangan. Galaksi kita adalah galaksi yang secara konstan melahirkan bintang-bintang generasi baru.

Bintang-bintang terbentuk dari lingkungan yang digin dan padat, dan dalam citra-citra tersebut, mudah untuk menemukan tempat dimana terdapat filamen bintang yang tengah membentuk, suatu pekerjaan yang sangat sulit untuk dilakukan pada citra dengan panjang gelombang tunggal.

Biasanya, dalam daerah yang penuh sesak semacam ini, terletak di bidang galaksi kita dan mengandung banyak kabut molekular sejauh mata memandang, para astronom akan mengalami kesulitan untuk melihat secara lebih detail. Namun instrumen inframerah Herschel yang canggih memudahkan pekerjaan itu, melihat kedalam kabut yang suram dalam cahaya kasatmata, dan menyaksikan pendar dari debu itu sendiri. Observasi ini tidak mungkin untuk dilakukan dengan peralatan yang berbasis di darat.

Hasilnya adalah pemandangan dari struktur jejaring filamen yang menakjubkan, dan fitur-fitur yang mengindikasikan rantai peristiwa formasi bintang yang hampir simultan, gemerlap laksana rangkaian mutiara, jauh di kedalaman galaksi kita. (www.esa.int)

Kunci keberhasilan studi ini adalah Keck Interferometer Nuller (KIN), suatu perangkat yang mengkombinasikan cahaya yang tertangkap oleh masing-masing teleskop raksasa tersebut, sedemikian rupa sehingga memungkinkan para peneliti mempelajari objek redup yang biasanya tenggelam oleh cemerlangnya cahaya bintang di dekatnya. “Ini adalah cakram kompak pertama yang dideteksi oleh KIN, dan menunjukkan kemampuannya untuk mendeteksi kabut debu yang ratusan kali lebih kecil daripada yang bisa dilihat oleh teleskop konvensional,” jelas Christopher Stark, astronom di Goddard Space Flight Center, NASA, di Greenbelt, Madison, yang memimpin tim peneliti.

Dengan menggabungkan pancaran cahaya yang diterima oleh kedua teleskop dengan cara tertentu, KIN pada dasarnya membuat suatu “blind spot” yang menghalangi pancaran cahaya bintang yang tak diperlukan namun memungkinkan sinyal redup yang berdekatan – seperti cahaya dari cakram debu yang melingkupi bintang – untuk menembusnya.

Pada bulan April 2007, tim yang sama mengamati bintang target, 51 Ophiuchi, bintang tipe B yang muda dan panas sejauh 410 tahun cahya di konstelasi Ophiuchus. Para astronom menduga bahwa bintang tersebut beserta cakram yang melingkupinya merepresentasikan contoh yang langka dan dekat dari sistem planeter muda yang sedang memasuki fase terakhir dari pembentukan planet-planetnya, walaupun masih belum diketajio apakah planet-planet tersebut benar-benar telah membentuk.

“Observasi terkini kami menunjukkan bahwa 51 Ophiuchi adalah sistem protoplanet (calon planet) yang indah dengan suatu kabut debut dari komet dan asteroid yang sangat dekat dengan bintang induknya,” timpal Marc Kuchner, astronom di Goddard yang juga anggota dari tim peneliti.

Sistem planeter adalah tempat yang sangat berdebu. Kebanyakan diantara debu di tata surya kita terbentuk didalam garis orbit Jupiter, saat komet-komet mengalami kehancuran di dekat Matahari dan asteroid dalam berbagai ukuran saling berbenturan. Kabut ini merefleksikan cahaya matahari dan sewaktu-waktu dapat dilihat sebagai pendar cahaya di langit – dikenal sebagai cahaya zodiak (zodiacal light) – sebelum matahari terbit atau terbenam.

Kabut debu di sekeliling bintang lain yang terbentuk melalui proses yang sama disebut sebagai kabut “exozodiacal”. “Studi kami menunjukkan bahwa cakram di 51 Ophiuchi lebih dari 100.000 kali lebih tebal daripada kabut zodiak di tata surya kita,” jelas Stark. “Hal ini menunjukkan bahwa sistem ini masih relatif muda, dengan banyak benda angkasa yang saling berbenturan yang menghasilkan sejumlah besar debu.”

Untuk menguraikan struktur dari kabut debu bintang tersebut, tim peneliti mengkombinasikan hasil observasi KIN pada berbagai panjang gelombang dengan studi sebelumnya yang memanfaatkan Teleskop Antariksa Spitzer dan perangkat Very Large Telescope Interferometer di European Southern Observatory di Chile.

Cakram bagian luar mulai membentuk pada sekitar dimana cakram bagian dalam berakhir dan mencapai jarak sekitar 1.200 AU. Penanda inframerahnya menunjukkan bahwa cakram tersebut terutama tersusun atas partikel debu dengan volume hanya 1 persen dari ukuran debu yang sama di cakram bagian dalam, atau setara dengan partikel pada asap. Perbedaan lainnya: cakram bagian luar terlihat lebih menyebar, hingga jauh keluar dari bidang orbitnya ketimbang cakram bagian dalam.

“Kami menduga bahwa cakram bagian dalam mendorong pengembangan cakram bagian luar,” jelas Kuchner. Saat asteroid dan komet saling berbenturan hingga menghasilkan debu, partikel yang lebih besar secara alami berpilin ke arah bintang. Namun tekanan dari cahaya bintang menekan partikel-partikel yang lebih kecil keluar dari sistem. Proses ini, yang juga terjadi di tata surya kita, nampaknya bekerja lebih baik di sekitar 51 Ophiuchi, bintang yang 260 kali lebih cemerlang daripada Matahari.

Penemuan ini telah dipublikasikan melalui Astrophysical Journal edisi 1 Oktober lalu. (www.nasa.gov/goddard)

“Observasi oleh wahana Deep Impat terhadap permukaan bulan tidak hanya tegas-tegas mengkonfirmasi keberadaan OH/H2O di permukaan bulan, melainkan juga mengungkap bahwa keseluruhan permukaan bulan terbasahi setidaknya pada sebagian sisi permukaan bulan yang mengalami siang hari,” demikian tulis Jessica Sunshine, astronom dari University of Maryland yang juga penulis utama dari paper mengenai data dari wahana Deep Impact yang diterbitkan pada jurnal Science pada 24 September lalu.

Sejumlah kecil air menghasilkan kegembiraan besar. “Menemukan air di bulan di siang hari adalah kejutan besar, bahkan apabila hanya sedikit air dan hanya dalam bentuk molekul yang menempel di tanah,” jelas Sunshine. Pandangan ilmiah selama ini menyatakan bahwa kemungkinan tidak ada air di permukaan Bulan, dan sekalipun ada, hanya dapat ditemui di kawah yang berbayang dan dingin secara permanen di kutub bulan.

“Dalam data dari Deep Impact, kita pada dasarnya menyaksikan molekul air membentuk dan kemudian menghilang tepat di depan mata kita,” kata Sunshine, yang mengatakan reaksi pertamanya terhadap data M3 adalah skeptis.

“Kami tidak yakin bagaimana hal ini terjadi,” katanya, “tapi temuan kami menunjukkan sebuah siklus yang didorong oleh matahari dimana lapisan air yang hanya setebal beberapa molekul membentuk, menghilang dan kembali membentuk setiap hari di permukaan bulan. Kami berpendapat bahwa ion hidrogen dari matahari yang dibawa oleh angin matahari ke Bulan telah berinteraksi dengan mineral yang kaya oksigen dalam tanah bulan untuk menghasilkan molekul air [H2O] dan hidroksil [OH] yang ditunjukkan secara meyakinkan melalui analisa spektral. Dalam sebuah siklus yang terjadi seluruhnya di siang hari, air ini terbentuk di pagi hari, secara substansial hilang pada tengah hari, dan kembali terbentuk saat permukaan bulan mendingin menjelang malam hari.

“Jika hal ini benar, maka hidrasi melalui angin surya diperkirakan akan terjadi di seluruh Tata Surya bagian dalam pada semua objek hampa udara dengan mineral yang mengikat oksigen pada permukaannya,” kata Sunshine.

“Dalam konteks sains Bulan, ini adalah penemuan besar,” tegas Paul G. Lucey, seorang ilmuwan planet dari University of Hawaii dalam sebuah artikel yang dimuat di  harian Los Angeles Times.

“Tidak ada bukti yang dapat diterima bahwa terdapat air di permukaan bulan, [tapi] kini telah ditunjukkan bahwa hal itu dengan mudah dapat dideteksi melalui metode yang sangat sensitif. Sebagai ilmuwan yang mempelajari bulan, saat saya membaca tentang ini, saya merasa sangat senang,” jelas Lucey, yang tidak terlibat dalam riset tersebut.

Walaupun instrumen M3 dan tim sainsnya telah membuat penemua awal mengenai keberadaan air di sejumlah area di permukaan Bulan, Sunshine dan para co-author dari paper Deep Impact menyatakan bahwa bukti konklusif dari penemuan air, pemahaman bahwa itu adalah fenomena yang terjadi di seluruh permukaan, dan pengetahuan bahwa itu adalah proses yang bergantung pada suhu hanya dimungkinkan berkat data yang dikumpulkan oleh wahana Deep Impat dalam misi lanjutannya saat ini (dengan nama Extrasolar Planet Observation and Deep Impact Extended Investigation, EPOXI).

Deep Impact tidak didesain untuk mempelajari Bulan, namun untuk misi yang terkenal pada 2005, dimana wahana ini berhasil melubangi permukaan komet Tempel 1 untuk mencari tahu apa yang ada didalamnya. Data mengenai air di permukaan bulan diambil sebagai bagian dari kesempatan melakukan kalibrasi pada perlintasan dengan Bumi dan Bulan yang terjadi pada Juni 2009 dan Desember 2007 guna mendapatkan dorongan gravitasi untuk mencapai komet kedua dalam misinya, Hartley 2, yang akan dicapainya pada November 2010 mendatang.

“Tanpa rentang spektral dari instrumen Deep Impact, penemuan air di permukaan oleh M3 tidak akan sampai sedemikian definitif, dan karena wahana Deep Impact melakukan observasi pada waktu-waktu yang berbeda dari siang hari di Bulan, efek dari temperatur menjadi lebih jelas terlihat,” jelas Sunshine.

Astronom dari University of Maryland, Michael A’Hearn, pimpinan tim sains Deep Impact dan EPOXI, dan salah satu dari empat co-author Sunshine menyatakan, “Saya pikir, adalah sangat hebat bahwa wahana Deep Impact, yang pernah menjadi yang pertama mendeteksi es pada inti sebuah komet, kini mendemonstrasikan eksistensi keberadaan air di Bulan.”

“Wahana dan instrumen yang hebat ini terus membuat penemuan yang penting dan tak terduga, lama setelah misi utamanya selesai,” lanjutnya. (newsdesk.umd.edu)

Sejak dekade 1980-an telah diketahui bahwa Pluto memiliki atmosfer yang tipis yang didominasi oleh nitrogen dengan jejak metana dan kemungkinan karbon dioksida. Tekanan atmosfernya hanya sekitar seperseratus ribu tekanan atmosfer Bumi, atau sekitar 0.015 milibar.

Sampai baru-baru ini, hanya lapisan atas dari Atmosfer Pluto yang dapat dipelajari. Dengan mengamati okultasi bintang (ESO 21/22), fenomena yang terjadi apabila suatu anggota tata surya menghalangi cahaya sebuah bintang di latar belakang, para astronom berhasil menunjukkan bahwa lapisan atas dari atmosfer dari Pluto adalah berkisar -170 derajat Celcius, atau sekitar 50 derajat lebih hangat daripada suhu di permukaannya. Observasi ini dapat memberikan petunjuk mengenai temperatur dan tekanan atmosferik di dekat permukaan Pluto.

Namun uniknya, observasi terkini menggunakan perangkat CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES) yang terpasang pada Very Large Telescope milik European Space Observatory (ESO) kini telah mengungkapkan bahwa atmosfer Pluto secara keseluruhan, bukan hanya di lapisan atasnya, memiliki suhu rata-rata sekitar -180 derajat Celcius, dan dengan demikian “jauh lebih panas” daripada suhu permukaannya.

Berkebalikan dengan atmosfer Bumi, di Pluto temperatur justeru meningkat seiring bertambahnya ketinggian. Perubahan suhunya berkisar 3 hingga 15 derajat per kilometer. Di Bumi, dalam kondisi normal, temperatur berkurang sekitar 6 derajat setiap kilometer ketinggian.

Alasan mengapa permukaan Pluto sedemikian dingin berhubungan dengan eksistensi atmosfer Pluto, yakni karena terjadinya sublimasi es di permukaan; analog dengan keringat yang mendinginkan tubuh saat menguap dari permukaan kulit kita, sublimasi ini memiliki efek pendinginan pada permukaan Pluto. Dari segi ini, Pluto memiliki sifat yang sama dengan komet, dimana bagian coma dan ekornya juga terbentuk dari es yang menyublim saat komet mendekati Matahari.

Observasi menggunakan CRIRES juga mengindikasikan bahwa metana adalah gas paling berlimpah nomor dua di atmosfer Pluto, merepresentasikan setengah persen dari molekul-molekul yang ada. “Kami berhasil menunjukkan bahwa jumlah sebesar itu memainkan peranan penting dalam proses pemanasan di atmosfer dan dapat menjelaskan peningkatan suhu atmosferik,” jelas Emmanuel Lellouch, penulis utama makalah yang melaporkan penemuan ini.

“Menarik untuk dipikirkan bahwa dengan CRIRES kami dapat mengukur secara presisi jejak suatu gas dalam atmosfer 100.000 kali lebih tipis daripada di Bumi, pada objek yang lima kali lebih kecil dari planet kita dan terletak di tepi tata surya,” ungkap co-author, Hans-Ulrich Käufl. “Kombinasi CRIRES dan VLT adalah seperti memiliki satelit penelitian atmosfer yang mengorbit Pluto.”

Dua model yang berbeda dapat menjelaskan properti atmosfer Pluto. Dalam model pertama, para astronom mengasumsikan bahwa permukaan Pluto dilingkupi oleh lapisan tipis metana, yang menempati sublimasi bekuan nitrogen. Skenario kedua melibatkan keberadaan metana murni di permukaan Pluto.

Menentukan mana yang paling tepat diantara keduanya akan membutuhkan studi yang lebih intensif saat Pluto bergerak menjauh dari Matahari. “Dan tentu saja, wahana antariksa New Horizon milik NASA akan menyediakan lebih banyak petunjuk saat mencapai planet kerdil itu pada 2015 nanti,” tukas Lellouch.

Penemuan ini telah dilaporkan dalam jurnal Astronomy and Astrophysics pada Februari lalu dalam makalah berjudul Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations oleh E. Lellouch et al. (www.eso.org)

Pulsar PSR J0108-1431 (atau disingkat J0108 saja) diketahui berusia sekitar 200 juta tahun. Diantara pulsar yang terisolasi (pulsar yang bukan merupakan bagian dari sistem biner) lainnya, usia pulsar ini lebih dari 10 kali lebih tua daripada pemegang rekor sebelumnya dalam deteksi sinar-X. Dengan jarak 770 tahun cahaya, pulsar ini juga merupakan salahsatu pulsar terdekat yang diketahui.

Pulsar terbentuk bilamana sebuah bintang yang jauh lebih masif daripada Matahari mengalami keruntuhan dalam ledakan supernova, meninggalkan sisa yang kecil namun berinti sangat masif, yang dikenal sebagai bintang neutron. Dalam kelahirannya, bintang neutron ini, yang tersusun atas material terpadat yang dikenal di jagat raya, berputar (berotasi) dengan sangat cepat, hingga ratusan kali putaran setiap detiknya. Seraya berputar, bintang tersebut memancarkan radiasi yang terlihat sebagai denyutan bagi pengamat di tempat yang jauh, analog dengan pancaran sinar dari sebuah mercusuar, yang dikenal dengan sebutan “pulsar”.

Para astronom mengamati perlambatan secara gradual dari rotasi pulsar seraya pulsar tersebut meradiasikan energinya. Observasi radio terhadap J0108 menunjukkan bahwa objek tersebut adalah pulsar tertua dan paling redup yang diketahui, berputar dengan kecepatan sedikit lebih cepat dari satu putaran per detik.

Kiri: Citra komposit data sinar-X dari Chandra (ungu) dan emisi optikal dari Very Large Telescope (merah, putih dan biru.) terhadap J0108. Kanan: Ilustrasi artis mengenai penampakan J0108 apabila dilihat dari jarak dekat. (Gambar: X-ray: NASA/CXC/Penn State/G. Pavlov et al. Optical: ESO/VLT/UCL/R. Mignani et al. Illustration: CXC/M. Weiss)

Kejutan muncul ketuka tim astronom dibawah pimpinan George Pavlov dari Penn State University mengamati J0108 dalam panjang gelombang sinar-X menggunakan Chandra. Mereka menemukan bahwa pulsar tersebut berpendar lebih cemerlang dalam sinar-X daripada yang diharapkan dari pulsar setua itu.

Sebagian energi yang terlepas dari J0108 saat ia berputar makin pelan terkonversi dalam bentuk radiasi sinar-X. Efisiensi dari proses ini untuk J0108 diketahui lebih tinggi daripada pulsar lain yang telah dikenal.

“Pulsar ini melepaskan radiasi berenergi tinggi jauh lebih efisien daripada saudaranya yang lebih muda,” jelas Pavlov. “Dengan demikian, walaupun pulsar tersebut meredup seiring dengan penuaannya, namun ia masih menyimpan material yang lebih banyak dibandingkan dengan generasi (pulsar) yang lebih muda.”

Kelihatannya ada dua jenis emisi sinar-X yang dipancarkan oleh J0108: emisi dari partikel yang berpilin di sekeliling medan magnet, dan emisi dari area yang terpanaskan di sekeliling kutub magnetik bintang neutron. Menentukan suhu dan ukuran dari daerah yang terpanaskan tersebut akan menyediakan informasi yang berharga mengenai sifat-sifat permukaan bintang neutron dan proses dimana partikel bermuatan diakselerasikan oleh pulsar.

Pulsar yang lebih muda dan cemerlang, yang biasanya dideteksi melalui teleskop radio dan sinar-X, tidaklah mewakili keseluruhan populasi objek sejenisnya. Dengan demikian pengamatan terhadap objek semacam J0108 membantu para astronom untuk melihat sifat-sifat pulsar dalam rentang yang lebih lengkap. Karena usianya yang lebih tua, J0108 sudah mendekati apa yang disebut sebagai “garis kematian pulsar” (pulsar death line), dimana denyut radiasinya akan segera padam dan dengan demikian akan lebih sulit, atau bahkan mustahil untuk diamati.

“Kini kita dapat mengeksplorasi properti dari pulsar dalam keadaan dimana tidak ada pulsar lain yang pernah terdeteksi diluar rentang (panjang gelombang) radio,” tukas Oleg Kargaltsev dari University of Florida, co-author dari makalah yang memuat penemuan ini. “Untuk memahami properti dari pulsar yang tengah sekarat, sangat penting untuk mempelajari radiasinya dalam gelombang sinar-X. Penemuan kami bahwa sebuah pulsar yang sangat tua dapan menjadi pemancar sinar-X yang demikian efisien memberikan kami harapan untuk menemukan pulsar-pulsar dekat yang baru dari kelas ini melalui meisi sinar-X nya.

Observasi ini telah dilaporkan oleh Pavlov dan para koleganya pada 20 Januari 2009 dalam Astrophysical Journal. Namun demikian, sifat yang eksterem dari J0108 tidak terlihat secara penuh hingga besaran jarak yang baru ke objek ini dilaporkan pada 6 Februari lalu dalam sebuah tesis PhD oleh Adam Deller dari Swinburne University, Australia. Besaran jarak yang baru ini lebih besar dan lebih akurat daripada jarak yang dipakai dalam paper Chandra, menunjukkan bahwa J0108 lebih cemerlang dalam sinar-X daripada perkiraan sebelumnya.

“Dengan segera pulsar ini menjadi pemegang rekor untuk kemampuannya memproduksi sinar-X,” terang Pavlov, “dan hasil yang kami peroleh menjadi lebih menarik tanpa kami perlu melakukan lebih banyak kerja ekstra.”

Posisi dari pulsar seperti yang terlihat oleh Chandra dalam sinar-X pada awal 2007 sedikit berbeda dari posisi yang teramati dalam gelombang radio pada 2001. Hal ini mengimplikasikan bahwa pulsar tersebut bergerak dalam kecepatan sekitar 440.000 mil/jam (sekitar 708.000 km/jam), atau mendekati nilai tipikal sebuah pulsar.

Saat ini, pulsar tersebut bergerak ke arah selatan dari bidang galaksi Bima Sakti, namun dikarenakan kecepatan geraknya masih lebih kecil daripada kecepatan lolos (escape velocity) dari galaksi, pulsar tersebut sewaktu-waktu akan berbalik kembali menuju bidang galaksi pada arah yang berlawanan.

Deteksi terhadap pergerakan ini telah memungkinkan Roberto Mignani dari University College London, dalam kolaborasinya dengan Pavlov dan Kargaltsev, untuk mendeteksi J0108 dalam cahaya optikal, dengan memperkirakan dimana pulsar ini seharusnya dapat terlihat pada citra yang diambil pada tahun 2000. Studi dalam multi-panjang-gelombang dari pulsar berusia tua adalah hal yang kritikal untuk memahami evolusi jangka panjang dari bintang neutron, khususnya bagaimana bintang tersebut mendingin seiring berlalunya waktu, dan bagaimana medan magnetnya yang sangat kuat berevolusi. (chandra.harvard.edu)

Perangkat Large Area Telescope beserta Gamma Ray Burst Monitor pada teleskop Fermi secara simultan merekam peristiwa tersebut. Kedua instrumen tersebut menyediakan pandangan dari tahap awal ledakan, dikenal sebagai “prompt”, berupa pancaran sinar gamma dengan energi antara 3.000 hingga lebih dari 5 milyar kali dari yang dipancarkan dalam gelombang cahaya kasatmata.

Ledakan sinar gamma sendiri merupakan ledakan yang paling cemerlang di alam semesta. Para astronom meyakini bahwa kebanyakan ledakan semacam ini terjadi apabila sebuah bintang masif yang eksotik kehabisan bahan bakar nuklirnya. Saat inti bintang runtuh dalam bentuk lubang hitam, semburan material – yang disulut oleh proses yang belum sepenuhnya diketahui – terlepas ke antariksa dengan kelajuan mendekati kecepatan cahaya. Semburan tersebut memancar dari bintang yang sedang runtuh, dan berinteraksi dengan gas yang sebelumnya mengalir dari bintang dan menghasilkan kilatan cahaya terang yang kemudian perlahan memudar seiring berlalunya waktu.

Citra gabungan dari sisa ledakan GRB 080916C dalam panjang gelombang Ultra-Violet, Optikal dan sinar-X. Gambar diambil dengan Teleskop Sinar Gamma Swift. (Gambar: NASA/Swift/Stefan Immler)

Hampir 32 jam setelah ledakan, Jochen Greiner dari Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics di Garching, Jerman, memimpin sekelompok ilmuwan untuk mencari pendar cahaya sisa ledakan. Kelompok tersebut mengambil citra dalam tujuh panjang gelombang secara simultan menggunakan perangkat Gamma-Ray Burst Optical/Near-Infrared Detector (GROND) yang terpasang pada teleskop 2,2 meter di European Southern Observatory di La Silla, Chile.

Dalam warna-warni tertentu, kecerlangan dari objek jauh menunjukkan karakteristik memudar secara cepat (drop-off) yang diakibatkan oleh keberadaan kabut gas. Makin jauh suatu objek, panjang gelombang cahaya yang memudar tersebut makin bergeser ke warna merah. Hal ini memberikan petunjuk kepada para astronom untuk memperkirakan jarak objek tersebut. Observasi lanjutan akhirnya menunjukkan bahwa ledakan tersebut terjadi pada suatu tempat bejarak 12,2 miliar tahun cahaya dari Bumi.

Dengan berpatokan pada jarak itu, tim Fermi menunjukkan bahwa besarnya ledakan tersebut melampaui sekitar 9.000 kali besar ledakan supernova biasa, apabila energinya dipancarkan sama rata ke segala arah. Ini adalah cara standar bagi para astronom untuk membandingkan skala suatu peristiwa astronomis, walaupun kenyataannya ledakan sinar gamma memancarkan sebagian besar energinya dalam semburan yang sempit. Bersama dengan pengukuran dengan teleskop Fermi, besaran jarak ini juga membantu para astronom untuk menentukan kecepatan terendah yang mungkin untuk pelepasan material pada “prompt” sinar gamma. Dalam semburan ledakan tersebut, gas mestilah terlontar pada kecepatan 99.9999 persen dari kecepatan cahaya. Besarnya kekuatan dan kecepatan ledakan ini adalah yang paling ekstrim yang pernah tercatat hingga kini.

Salah satu aspek yang menarik dari ledakan ini ialah adanya selang waktu (delay) selama 5 detik antara pelepasan energi tertinggi dengan yang terendah. Hal semacam ini juga pernah teramati secara jelas dalam satu ledakan lainnya. Seperti dijelaskan oleh Peter Michelson, peneliti utama (principal investigator) pada Fermi Large Area Telescope, hal ini mungkin berarti bahwa pancaran energi tertinggi berasal dari bagian semburan yang berbeda, atau tercipta melalui mekanisme yang berbeda.

Makalah yang memuat hasil pengamatan ini telah diterbitkan pada 19 Februari 2009 melalui edisi online dari jurnal ilmiah Nature. (www.nasa.gov)

Planet seukuran Jupiter, yang dikenal sebagai HD 189733b, terlalu panas untuk mendukung kehidupan. Namun observasi Hubble mengajukan bukti terhadap konsep bahwa komponen kimia dasar untuk kehidupan dapat dideksi pada planet yang mengorbit bintang lain. Kandungan organik dapat juga merupakan produk dari proses kehidupan dan keberadaannya di planet yang mirip Bumi suatu saat dapat menyediakan bukti pertama mengenai keberadaan kehidupan di luar Bumi.

Observasi sebelumnya terhadap HD 189733b oleh Hubble dan teleskop antariksa Spitzer telah mendeteksi adanya uap air, sementara di awal tahun ini Hubble telah menemukan metana pada atmosfer planet tersebut.

“Hal ini menarik karena Hubble telah memungkinkan kita melihat molekul-molekul yang menjejak kondisi, kandungan kima, dan komposisi atmosfer di planet lain,” jelas Mark Swain dari Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, AS. “Berkat Hubble, kini kita telah memasuki era dimana kita akan melaju pesat dalam upaya menambah jumlah molekul yang kita ketahui di planet lain.”

Swain dan timnya menggunakan perangkat Near Infrared Camera dan Multi-Object Spectrometer (NICMOS) pada Hubble untuk mempelajari berkas cahaya inframerah yang dipancarkan oleh planet tersebut, yang terletak sejauh 63 tahun cahaya. Gas pada atmosfer planet menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu dari interior planet yang berpijar panas. Mereka mengidentifikasi tidak hanya karbon dioksida, namun juga karbon monoksida. Molekul-molekul tersebut meninggalkan sidik jari spektralnya yang unik dalam radiasi dari planet yang mencapai Bumi. Ini adalah untuk pertama kalinya emisi spektrum near-infrared berhasil didapat dari sebuah planet ekstrasolar.

“Karbon dioksida adalah salah satu fokus yang menggairahkan, karena ini adalah molekul yang apabila berada pada kondisi yang sesuai dapat berhubungan dengan aktifitas biologis seperti yang terjadi di Bumi,” tambah Swain. “Fakta bahwa kami dapat mendeteksinya, dan memperkirakan kelimpahannya, adalah hal yang signifikan dalam upaya jangka panjang untuk mengkarakterisasi planet-planet, baik untuk menentukan bagaimana terbentuknya, maupun apakah planet tersebut dapat menyimpan suatu bentuk kehidupan.”

Co-researcher dari dari University College, London, Dr. Giovanna Tinetti menerangkan bahwa, “Pada planet-planet terestrial di tata surya kita, CO2 memainkan peranan penting dalam stabilitas iklim. Di Bumi, CO2 adalah salah satu bahan baku fotosintesis dan elemen kunci dalam siklus karbon. Observasi kami merepresentasikan kesempatan besar untuk memahami peranan CO2 di atmosfer planet bergas-panas dan beradiasi tinggi.

Observasi jenis ini paling baik dilakukan planet yang mengorbit tegak lurus terhadap Bumi. Planet-planet tersebut secara teratur melintas di depan dan kemudian di belakang bintang induknya (disebut sebagai gerhana). Planet HD 189733b melintas di belakang bintang induknya sekali setiap 2.2 hari. Ini menyediakan kesempatan untuk meneliti berkas cahaya bintang secara tersendiri (saat planet tertutupi) dan dari bintang dan planet secara bersamaan setelah gerhana. Dengan demikian, para astronom dapat mengisolasi emisi dari planet dan membuat analisis kimia yang mungkin dari atmosfer “siang hari” disana.

Dengan cara ini, Swain menjelaskan bahwa ia menggunakan saat gerhana, dimana planet berada dibelakan bintangnya untuk menjejak kondisi planet pada siang hari, yang mengandung bagian terpanas di atmiosfernya. “Kami mulai mencari molekul-molekul dan menentukan seberapa banyak diantaranya yang terlihat berubah antara sisi siang dan sisi malam,” tambah Swain.

Demonstrasi yang sukses terhadap pengamatan dengan panjang gelombang near-infrared yang dipancarkan dari sebuah planet tersebut telah membawa para astronom untuk merencanakan pemakaian teleskop antariksa James Webb (James Webb Space Telescope, JWST) yang akan diluncurkan pada tahun 2013 mendatang. Seperti diketahui, penanda biologis (biomarker) terlihat paling jelas dalam panjang gelombang near-infrared.

Para astronom berencana untuk menggunakan JWST untuk secara spektroskopis melihat keberadaan biomarker di planet terestrial seukuran Bumi, atau “Bumi Super” yang bermassa beberapa kali lebih besar dari Bumi. “Teleskop Webb akan mampu melakukan pengukuran yang lebih sensitif terhadap peristiwa gerhana primer dan sekunder,” tambah Swain.

Rencana Swain berikutnya adalah untuk mencari molekul-molekul di atmosfer planet ekstrasolar lainnya, dan mencoba meningkatkan jumlah molekul yang terdeteksi pada atmosfer planet ekstrasolar. Ia juga berencana akan memanfaatkan molekul-molekul tersebut untuk mempelajari perubahan yang terjadi pada atmosfer planet ekstrasolar guna mempelajari hal-hal terkait kondisi cuaca di dunia yang jauh itu. (www.scitech.ac.uk)

Tim yang beranggotakan para astronom berkebangsaan Jerman dan Amerika Serikat yang melakukan observasi ini menunjukkan bahwa bintang kerdil putih tersebut adalah dari jenis yang terpanas yang diketahui sejauh ini, dengan suhu mencapai 200.000 Kelvin pada permukaannya. Sedemikian panasnya hingga fotosfernya menunjukkan garis-garis emisi dalam spektrum ultraviolet — fenomena yang tidak pernah ditemui sebelumnya. Emisi tersebut berasal dari kalsium yang sangat terionisasi, yang merupakan tingkat ionisasi tertinggi dari elemen kimia yang pernah ditemui dalam spektrum fotosfer bintang.

Bintang dengan massa menengah (1-8 kali massa matahari) mengakhiri hidupnya sebagai bintang kerdil putik seukuran Bumi setelah menghabiskan seluruh bahan bakar nuklirnya. Selama masa transisi antara sebagai bintang yang membakar persediaan nuklirnya hingga menjadi kerdil putih, bintang akan menjadi sangat panas. Banyak diantara objek-objek semacam itu dengan temperatur permukaan sekitar 100.000 K kini telah dikenali. Teori mengenai evolusi bintang memprediksi bahwa bintang-bintang semacam itu dapat jauh lebih panas. Namun demikian, peluang untuk dapat mengamati bintang dalalam keadaan sedemikian panas sangat tipis, karena fase ini hanya berlangsung dalam waktu yang singkat.

Sejak ditemukan sebagai sebuah bintang biru redup pada 1985, KPD 0005+5106 telah menarik banyak perhatian dikarenakan spektrum optik yang diambil menggunakan teleskop berbasis darat menunjukkan bahwa bintang kerdil putih ini memiliki suhu yang teramat panas. Bintang tersebut telah dikelompokkan kedalam kelas khusus yang beranggotakan bintang-bintang kerdil putih yang langka, dimana atmosfernya didominasi oleh helium. Analisis yang lebih mendetail dari spektra tersebut, dikombinasikan dengan observasi ultraviolet yang dilakukan oleh teleskop antariksa Hubble memberikan kesimpulan bahwa KPD 0005+5106 memiliki temperatur sekitar 120.000 Kelvin, yang membuatnya menjadi anggota terpanas dari kelasnya. Bintang tersebut telah memiliki “rival” yang sama panasnya, sebuah bintang kerdil putih panas yang ditemukan beberapa tahun lalu oleh Sloan Digital Sky Survey.

Observasi dengan FUSE dilakukan dengan spektroskopi pada panjang gelombang far-ultraviolet, yang tidak dapat dilakukan oleh HST. Selama masa operasionalnya (1999-2007), FUSE secara teratur mengobservasi KPD 0005+5106 dikarenakan bintang tersebut digunakan sebagai target kalibrasi untuk menguji performa teleskopnya. Sekelompok astronom, diantaranya K. Werner, T. Rauch, dan J.W. Kruk, memanfaatkan semua data yang terkumpul untuk membuat datasheet dengan kualitas yang sangat baik. Pengamatan yang lebih teliti mengungkapkan keberadaan dua garis emisi dari kalsium, dan permodelan atmosfer bintang yang terperinci mengkonfirmasikan bahwa garis emisi tersebut berasal dari daerah fotosfer. Analisis tersebut membuktikan bahwa temperatur bintang tersebut haruslah berkisar 200.000 Kelvin agar dapat memancarkan garis emisi semacam itu.

Walaupun teori telah memprediksikan keberadaan bintang kerdil putih yang panas semacam itu, namun demikian komposisi bintang tersebut merupakan sebuah tantangan terhadap konsep kita mengenai evolusi bintang. Kelimpahan kalsium yang terukur (1-10 kali kelimpahan pada matahari) dikombinasikan sifat atmosfer yang kaya akan helium merepresentasikan komposisi kimia yang tidak diprediksi oleh model evolusi bintang. (aanda.org)

“Pusat sebuah galaksi adalah laboratorium yang unik, dimana kita dapat mempelajari proses-proses fundamental dari gravitrasi kuat, dinamika dan formasi bintang yang kesemuanya itu memiliki relevansi dengan semua inti galaksi, dengan detail yang tidak mungkin diperoleh diluar galaksi kita,” jelas Reinhard Genzel, pimpinan tim dari Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics di Garching dekat Munich, Jerman.

Debu antarbintang yang mengisi galaksi telah menghalangi pandangan langsung kita ke daerah pusat galaksi dalam cahaya tampak. Karena itu, para astronom menggunakan gelombang inframerah yang dapat menembus kabut debu untuk dapat mempelajari daerah tersebut. Walaupun upaya ini merupakan sebuah tantangan teknologi, namun hasilnya cukup sepadan. “Pusat galaksi menyimpan lubang hitam supermasif terdekat yang diketahui. Karena itu, menjadi tempat terbaik untuk mempelajari lubang hitam secara detail.” Demikian menurut Stefan Gillessen, penulis utama paper yang memuat hasil penelitian ini.

Kelompok tersebut menggunakan bintang-bintang di pusat galaksi sebagai “partikel percobaan” (test particles) dengan mengamati bagaimana mereka bergerak di sekeliling Sagittarius A*. Seperti halnya gerak jatuh dedaunan di udara dingin yang mengungkap aliran udara yang kompleks, bintang di pusat menunjukkan gaya-gaya yang berhubungan yang bekerja di inti galaksi. Observasi ini dapat digunakan untuk menyimpulkan properti lubang hitam itu sendiri, seperti massa dan jaraknya. Studi ini juga menunjukkan bahwa setidaknya 96% dari massa yang dirasakan oleh bintang-bintang tersebut berasal dari lubang hitam. Dengan demikian, hanya tersisa sedikit ruang untuk materi gelap lainnya.

“Tidak diragukan lagi, aspek paling spektakuler dari studi jangka panjang kami adalah memberikan apa yang sekarang dianggap sebagai bukti empiris terbaik bahwa lubang hitam supermasif memang betul-betul ada. Bintang-bintang yang mengorbit pusat galaksi menunjukkan bahwa konsentrasi pusat massa sebesar empat juta kali massa matahari pastilah sebuah lubang hitam,” jelas Genzel. Observasi ini memungkinkan para astronom untuk menentukan jarak kita dari pusat galaksi dengan presisi tinggi, yang kini terukur sebesar 27.000 tahun cahaya.

Diperlukan studi selama bertahun-tahun untuk membangun gambaran dari jantung Bima Sakti dan mengkalkulasi orbit dari bintang-bintang secara individual. Tidak kurang dari 16 tahun kerja penuh dedikasi untuk mencapai penemuan ini. Dimulai dari observasi tahun 1992 dengan kamera SHARP yang dipasang pada perangkat New Technology Telescope berdiameter 3,5 meter milik European Space Observatory (ESO) di observatorium La Silla, Chile. Observasi lanjutan dilakukan sejak 2002 menggunakan dua instrumen yang dipasang pada Very Large Telescope (VLT) berdiameter 8,2 meter, juga milik ESO. Total 50 malam observasi dengan teleskop ESO dalam kurun waktu lebih dari 16 tahun telah dihabiskan untuk penemuan ini.

Hasil kerja mereka meningkatkan akurasi saat mana para astronom dapat mengukur posisi dari bintang dengan faktor enam, dibandingkan dengan studi-studi sebelumnya. Presisi final yang dapat dicapai adalah 300 mikrodetikbusur, ekuivalent dengan melihat sekeping koin satu euro dari jarak sekitar 10.000 km.

Untuk pertama kalinya bintang-bintang yang telah diketahui orbitnya mencapai jumlah yang cukup besar untuk dapat memperlihatkan sifat-sifat umumnya. “Bintang-bintang di sekitar pusat galaksi memiliki orbit acak, mirip seperti sekawanan lebah,” terang Gillessen. “Namun demikian, sejauh ini 6 diantara 28 bintang diketahui mengorbit lubang hitam dalam sebuah cakram. Dari segi ini, studi ini juga mengkonfirmasi secara eksplisit hasil penelitian terdahulu dimana cakram ini telah ditemukan walaupun hanya secara statistik.”

Salahsatu bintang, dikenal sebagai S2, mengorbit pusat Bima Sakti sedemikian cepat hingga dapat menyelesaikan satu revolusi penuh dalam 16 tahun periode studi tersebut. Pengamatan terhadap S2 dalam satu orbit penuh memberikan kontribusi penting terhadap akurasi tinggi yang dicapai, dan untuk memahami daerah tersebut. Namun demikian, studi ini masih menyisakan misteri seperti bagaimana bintang-bintang muda berada pada orbit yang sekarang diamati. Bintang-bintang itu terlalu muda untuk bermigrasi dalam jarak jauh, namun lebih kecil lagi kemungkinannya bahwa mereka terbentuk pada orbit mereka yang sekarang, dibawah pengaruh gaya pasang-surut (tidal forces) dari lubang hitam. Menariknya, observasi yang akan datang telah direncanakan untuk menguji sejumlah model teoretis yang mencoba memecahkan teka-teki ini.

Namun demikian, studi ini membutuhkan resolusi angular yang lebih tinggi dari yang saat ini tersedia. Dimasa mendatang ESO akan segera dapat memenuhi resolusi yang dibutuhkan dengan memanfaatkan teknik interferometri. Teknik ini memungkinkan para astronom untuk menggabungkan berkas cahaya yang ditangkap oleh empat unit teleskop berdiameter 8,2 meter milik VLT. Teknik ini akan meningkatkan akurasi observasi dengan faktor 10 hingga 100 dari yang selama ini dimungkinkan. Kombinasi tersebut bahkan potensial untuk secara langsung menguju teori relativitas umum Einstein pada daerah yang saat ini belum dieksplorasi di dekat lubang hitam. (www.eso.org/public)

Sebagaimana dijelaskan oleh Dr. Roger Wesson, fisikawan dan astronom UCL, pada akhir hidupnya sebagian bintang akan mengalami ledakan nova, yang disebabkan oleh reaksi nuklir pada permukaannya. Pada agustus 2007, ledakan bintang semacam ini telah ditemukan di suatu bagian langit yang secara kebetulan sedang diamati hanya beberapa minggu sebelumnya. Citra pra-ledakan menunjukkan bahwa bintang tersebut diselubungi oleh nebula planeter.

Walaupun beberapa nova telah ditemukan setiap tahun di galaksi kita, ini hanyalah kali kedua dimana suatu nova terlihat berada dalam nebula planeter – yang pertama teramati pada 100 tahun lalu. Kini berkas cahaya dari ledakan tersebut telah melewati dan menerangi nebula yang melingkupinya. Keberadaan objek ini merupakan tantangan serius terhadap teori saat ini mengenai bagaimana bintang berevolusi dan dapat berlaku sebagai “Batu Rosetta” dalam memahami sebagian aspek dari kehidupan bintang-bintang.

Citra pra-ledakan diambil sebagai bagian dari proyek Isaac Newton Telescope Photometric HAlpha Survey (IPHAS), survey digital pertama dari Bima Sakti dalam cahaya tampak, dan yang paling komprehensif dalam cahaya yang diemisikan oleh hidrogen (elemen yang paling berlimpah di alam semesta).

Bintang yang meledak tersebut merupakan sebuah nova, suatu peristiwa yang dipicu oleh perpindahan materi dari satu bintang dalam sistem bintang ganda dekat (close binary star) kepada bintang pasangannya. Nebula yang melingkupi nova ini adalah nebula planeter, yang semestinya telah terbentuk pada fase awal keberadaan bintang ganda, saat lapisan terluar dari salah satu bintang mengalami pelepasan. Hanya ada satu nova yang sebelumnya telah teramati yang terjadi didalam nebula planeter, yakni Nova Persei pada 1901. Kesempatan untuk menyaksikan secara detail saat letupan nova berinteraksi dengan nebula adalah yang pertama kalinya dalam sejarah astronomi.

Nova baru ini, dikenal sebagai V458 Vulpeculae (V458 Vul), menyediakan pengujian penting terhadap permodelan mengenai bagaimana bintang berevolusi. Analisis juga menunjukkan bahwa kombinasi massa dari kedua bintang yang menghasilkan ledakan dapat cukup besar hingga sewaktu-waktu kedua bintang dapat saling berpilin sehingga menghasilkan ledakan supernova yang jauh lebih besar. Aturan bahwa nova di masa depan potensial menjadi supernova masih sangat sulit untuk dianalisis secara detail, dan dengan demikian V458 Vul menyediakan kesempatan bagi para ilmuwan untuk mempelajari lebih dalam mengenai aspek ini dalam evolusi bintang.

Studi ini dipublikasikan melalui Astrophysical Journal Letters pada 20 November 2008. Citra nebula di sekeliling V458 Vul beserta animasi yang menunjukkan perubahan setelah ledakan dapat dilihat di http://www.star.ucl.ac.uk/~rwesson/novavul (www.ucl.ac.uk)