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)

“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)

Penemuan ini memiliki implikasi bahwa teleskop radio yang eksis sekarang telah melewatkan populasi besar dari objek-objek yang tengah berbenturan tersebut. Hal ini juga menyediakan konfirmasi yang penting tentang prediksi teoretis bahwa kluster galaksi yang tengah bertubrukan mengakselerasikan elektron dan partikel-partikel lainnya ke tingga energi yang sangat tinggi dalam suatu proses gelombang yang bergolak (turbulent). Penemuan ini terungkap dalam jurnal Nature edisi 16 Oktober 2008.

Populasi objek-objek baru ini lebih mudah untuk dideteksi dalam gelombang panjang. Profesor Greg Taylor dari University of New Mexico dan direktur saintifik dari Long Wavelength Array (LWA) menjelaskan bahwa, “Penemuan ini adalah puncak dari sebuah gunung es. Saat teleskop-teleskop yang lebih kuat dalam frekuensi rendah, termasuk LWA di New Mexico, mulai mengarahkan pandangannya ke alam semesta, maka langit akan ‘disinari’ oleh ratusan, atau bahkan ribuan kluster galaksi yang saling bertubrukan.”

NRL telah memainkan peranan kunci dalam mempromosikan pembangunan instrumen generasi baru ini dan kini terlibat dalam pengembangan LWA. Astronom radio dari NRL dan saintis proyek LWA Namir Kassim berkomentar bahwa penemuan kelas yang sebelumnya tersembunyi dari kluster sumber gelombang radio rendah tersebut sangat penting dikarenakan studi kluster galaksi adalah motivasi utama terhadap pembangunan LWA.

Citra false-color gabungan dari kluster galaksi A521. Warna biru merepresentasikan gas panas tipikal banyak kluster galaksi yang dideteksi oleh Chandra. Bentuk emisi sinar-X mengindikasikan bahwa kluster tersebut baru saja mengalami tubrukan atau penggabungan yang menghasilkan gelombang yang bergolak (turbulent waves). Warna merah merepresentasikan emisi pada panjang gelombang 125 cm. Sumber gelombang radio yang cemerlang di sisi kiri bawah dari gas sinar-X adalah sumber terpisah. Daerah emisi radio yang dihasilkan oleh gelombang yang bergolak berlokasi di pusat kluster, dimana kedua warna tersebut saling bertindihan. (Gambar: Radio pNCRA/GMRT/INAF/G.Brunetti et al.]; X-ray [NASA/CXC/INAF/S.Giacintucci et al.])

Penemuan emisi pada kluster galaksi Abell 521 (atau disingkat A521) dicapai menggunakan perangkat Giant Metrewave Radiotelescope (GMRT) di India, dan sifat gelombang panjangnya dikonfirmasi oleh teleskop radio Very Large Array di New Mexico yang dioperasikan oleh National Science Foundation. Citra berikut dibuat berdasarkan data yang diambil oleh observatorium sinar-X Chandra.

Emisi sinar-X berasal dari gas termal panas, suatu tanda yang dikenal baik sebagai tinggalan dari sebuah kluster galaksi masif. Lebih jauh lagi, bentuknya yang memanjang mengindikasikan bahwa kluster tersebut baru-baru ini telah mengalami tubrukan (collision) yang dahsyat, atau “penggabungan”, dimana kelompok lain atau atau kluster galaksi tertelan oleh pontensi gravitasional kluster utama. Ilmuwan dari NRL, Tracy Clarke, yang juga ilmuwan sistem LWA mencatat, “Selain menunjukkan kepada kita mengenai sifat-sifat materi gelap, penggabungan kluster juga penting dalam studi mengenai sifat-sifat misterius energi gelap. Memahami kedua komponen ganjil dari alam semesta tersebut akan membantu kita memahami takdir alam semesta kita yang dahsyat.”

Dalam citra radio, ditemui emisi yang kuat pada sisi kiri bawah dari batas gas sinar-X yang dideteksi oleh Chandra; ini adalah sumber terpisah. Pada pusat kluster, dalam wilayah yang diindikasikan oleh lingkaran yang terputus-putus, emisi radio berubah signifikan sesuai panjang gelombangnya. Pada panjang gelombang yang lebih besar (125 cm seperti yang ditunjukkan) emisi tersebut dapat dideteksi dengan baik, namun dalam panjang gelombang 49 cm, tampak lebih redup, dan hampir seluruhnya hilang pada panjang gelombang 21 cm. Citra multi-panjang-gelombang dari sebaran emisi tersebut merupakan bukti kuat dari perdiksi teoretis untuk akselerasi partikel oleh gelombang yang bergolak yang dihasilkan oleh tubrukan yang dahsyat.

Dalam konteks astrofisika yang lebih luas, kluster galaksi adalah sistem yang terikat secara gravitasional di alam semesta, dan tubrukan diantaranya adalah peristiwa paling berenergi setelah dentuman besar. Seperti diungkapkan oleh pimpinan tim, Gianfranco Brunetti (Instituto di Radioastronomia, Bologna, Italia), “Sistem A521 menyediakan bukti bahwa perilaku bergolak (turbulence acts) sebagai sumber dari akselerasi partikel dalam lingkungan yang unik di alam semesta, terjadi akibat besarnya skala spasial dan temproalnya, dan juga karena rendahnya densitas dan tingginya suhu gas.” (www.nrl.navy.mil)

Emisi H-alpha hanya muncul pada kelahiran bintang yang sangat masif. Para astronom sepakat bahwa bintang yang masif maupun kurang masif selalu terlahir dengan rasio tertentu. Satu “bayi H-alpha” diperkirakan ditemani oleh 230 bintang dengan massa yang terlalu kecil untuk memancarkan radiasi H-alpha.

Namun demikian, observasi terkini telah mementahkan teori ini. Pada pinggiran suatu galaksi cakram (sejenis dengan Bima Sakti kita), pancaran radiasi H-alpha didapati menghilang secara tiba-tiba. Berdasarkan kenyataan tersebut, selama ini para astronom beranggapan bahwa tidak ada bintang yang terlahir di daerah ini. Seperti yang dinyatakan oleh Jan Pflamm-Altenburg dari Argelander Institute of Astronomy di Bonn University, kesimpulan ini didasarkan pada sedikitnya volume materi gas yang eksis untuk dapat membentuk bintang baru.

Pengamatan melalui satelit baru-baru ini telah mengungkap bahwa bintang-bintang ternyata tetap membentuk diluar batasan H-alpha. Bintang-bintang tersebut, tanpa kecuali, massanya terlalu kecil untuk memancarkan radiasi H-alpha. Sebagai konsekuensinya, rasio numerik 230 bintang bermassa kecil berbanding satu bintang besar tidak berlaku pada pinggiran galaksi. “Observasi ini dipresentasikan kepada komunitas astronomi sebagai teka-teki yang belum terpecahkan,” jelas Prof. Dr. Pavel Kroupa dari Argelander Institute.

Kroupa dan Pflamm-Altenburg tiba pada kesimpulan yang menurut mereka, pada dasarnya sangat sederhana. Mereka mencatat bahwa kelahiran bintang tidak terdistribusi secara merata di seluruh galaksi, namun terfokus pada kluster bintang. Dan hanya kluster besar dengan massa besar yang memproduksi bintang masif, yakni bintang yang dapat memancarkan emisi H-alpha. Namun kluster bintang-bintang masif biasanya terdapat pada daerah inti dari galaksi cakram, sementara di pinggiran galaksi didominasi oleh kluster yang lebih kecil yang melahirkan bintang-bintang bermassa kecil pula.

Dengan demikian, rasio numerik 230 berbanding 1 hanya valid pada pusat galaksi. Sementara pada pinggiran galaksi, setiap “bayi H-alpha” mungkin didampingi seribu, bahkan lebih bintang dengan massa kecil. Para astronom yang selalu berpegang pada faktor yang sama saat mengkalkulasi jumlah formasi (pembentukan) bintang melalui radiasi H-alpha, dengan demikian memperkirakan angka kelahiran bintang baru dalam besaran yang lebih rendah daripada semestinya.

Karya teoretis dari dua astrofisikawan asal Bonn, Jerman tersebut mendukung pandangan bahwa massa bintang baru secara linear tergantung pada massa gas di lingkungan sekitarnya. Kesimpulan mereka membuka prespektif yang benar-benar baru terhadap riset mengenai pembentukan galaksi. (www.uni-bonn.de)

Walaupun mengandung sedikit bintang yang dapat terlihat, Segue 1 lebih dari seribu kali lebih masif daripada kelihatannya, yang berarti sebagian besar massanya berasal dari materi gelap. “Segue 1 adalah contoh paling ekstrim dari galaksi yang mengandung beberapa ratus bintang, namun memiliki massa yang relatif besar,” demikian diungkapkan Marla Geha, asisten profesor astronomi di Yale dan penulis utama paper ini.

Geha beserta koleganya, Josh Simon dari California Institute of Technology, telah mengamati sekitar setengah dari galaksi kerdil (dwarf galaxies) yang mengorbit Bima Sakti. Objek-objek tersebut sedemikian redup dan mengandung sedemikian sedikit bintang sehingga pada mulanya sempat dikira sebagai suatu kluster globular (globular clusters) – sekumpulan bintang yang mengorbit suatu galaksi induk. Namun dengan menganalisis cahaya yang datang dari objek tersebut menggunakan teleskop Keck di Hawaii, Geha dan Simon menunjukkan bahwa objek-objek tersebut sebenarnya adalah suatu galaksi tersendiri, hanya saja sangat redup.

Dengan hanya mengamati cahaya yang dipancarkan oleh galaksi yang sangat redup itu, Geha dan koleganya memprediksi bahwa galaksi tersebut memiliki massa yang kecil pula. Namun demikian, mereka menemukan bahwa objek tersebut ternyata antara 100 hingga 1000 kali lebih masif daripada yang terlihat. Materi gelap yang tak terlihat semestinya bertanggung jawab atas selisih massa tersebut.

Walaupun materi gelap tidak memancarkan atau menyerap cahaya, para ilmuwan dapat mengukur efek gravitasionalnya pada materi biasa. Diyakini bahwa sekitar 85 persen dari total massa di alam semesta tersusun atas materi gelap. Menemukan galaksi ultra-redup seperti Segue 1, yang didominasi oleh materi gelap, menyediakan petunjuk terhadap hal semacam bagaimana galaksi terbentuk dan berevolusi, khususnya pada skala terkecil.

“Galaksi-galaksi kerdil ini memberi informasi yang amat besar mengenai formasi galaksi,” jelas Geha. “Sebagai contoh, teori-teori yang berbeda mengenai pembentukan galaksi memprediksi angka perbandingan yang berbeda antara galaksi kerdil versus galaksi besar. Jadi, kita cukup membandingkan angkanya saja.”

Baru akhir-akhir ini para astronom berhasil mengetahui seberapa pentingnya galaksi-galaksi kerdil yang ada. Hal ini berkat proyek semacam Sloan Digital Sky Survey, yang berhasil mencitrakan area langit yang luas dengan detail yang lebih tinggi daripada yang pernah dicapai sebelumnya. Dalam dua tahun terakhir, jumlah galaksi kerdil yang mengorbit Bima Sakti telah bertambah dua kali lipat dari selusin yang telah ditemukan pada paruh pertama abad ke-20.

Geha memprediksi para astronom akan menemukan lebih banyak lagi saat mereka melanjutkan menganalisis data terbaru. (opa.yale.edu)

Kini, Priyamvada Natarajan, associate professor of astronomy and physics di Yale University dan fellow pada Radcliffe Institute of Advanced Study, telah menunjukkan bahwa lubang hitam yang terbesar sekalipun tidak akan terus tumbuh selamanya. Sebaliknya, lubang hitam akan mencapai batas pertumbuhannya ketika objek tersebut telah mengakumulasikan massa hingga 10 miliar kali massa Matahari.

Suatu lubang hitam ultra-masif, yang ditemukan pada pusat galaksi elips raksasa di sebuah kluster galaksi besar adalah yang terbesar yang diketahui sejauh ini. Bahkan lubang hitam besar di pusat galaksi Bima Sakti kita masih ribuan kali kurang masif dibanding lubang hitam tersebut. Namun lubang hitam gigantik tersebut, yang mengakumulasi massanya dengan menghisap materi dari gas, debu, dan bintang tetangganya, terlihat tidak dapat tumbuh melampaui limit ini. Hal tersebut tidak bergantung pada dimana dan kapan lubang hitam itu muncul di alam semesta. Seperti dijelaskan oleh Natarajan, hal ini tidak hanya terjadi sekarang, melainkan pada setiap era sepanjang keberadaan alam semesta.

Studi yang akan diterbitkan dalam Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) ini, untuk pertama kalinya merepresentasikan limit atas dari massa sebuah lubang hitam. Natarajan menggunakan data optikal dan sinar-X yang ada terhadap sejumlah lubang hitam supermasif untuk menunjukkan bahwa, agar observasi-observasi tersebut konsisten, lubang hitam seharusnya mengalami kematian pada satu titik pada tahapan evolusinya.

Salah satu penjelasan yang mungkin, menurut Natarajan, adalah bahwa lubang hitam sewaktu-watu akan mencapai titik dimana mereka meradiasikan sedemikian banyak energi sementara menghisap apapun dari lingkungan sekitarnya. Energi yang diradiasikan itu akan bercampur dengan asupan gas yang membesarkan lubang hitam tersebut sehingga dapat mengganggu pembentukan (formasi) bintang di sekitarnya. Penemuan baru ini berimplikasi pada studi mengenai formasi galaksi, dimana banyak diantara galaksi-galaksi terbesar di alam semesta berevolusi bersama lubang hitam di pusatnya.

“Bukti-bukti yang didapat telah mengarah pada peranan kunci yang dimainkan lubang hitam dalam proses pembentukan galaksi,” demikian Natarajan. (opa.yale.edu)

Massa ini mungkin merupakan materi penyusun (building block) terkecil dari substansi misterius tak terlihat yang dikenal sebagai materi gelap (dark matter). Bintang yang terbentuk didalam materi inilah yang kemudian berkumpul dan membentuk galaksi.

Para ilmuwan hanya mengetahui sedikit mengenai properti mikroskopik materi gelap, bahkan sekalipun materi itu menyusun sekitar lima-perenam materi di alam semesta.

Dengan mengetahui besaran minimum massa galaksi, para ilmuwan dapat memahami lebih jauh bagaimana materi gelap berlaku — hal yang sangat esensial dalam studi mengenai pembentukan alam semesta dan kehidupan di suatu saat kelak. Demikian seperti diungkapkan oleh Louis Strigari dari Departemen Fisika dan Astronomi UCI, peneliti utama dalam studi ini.

Materi gelap mengatur pertumbuhan struktur alam semesta. Tanpanya, galaksi-galaksi, seperti halnya Bima Sakti kita, tidak akan eksis. Para ilmuwan mengetahui bagaimana gravitasi materi gelap menarik materi normal yang menyebabkan terbentuknya galaksi-galaksi. Mereka juga telah menduga bahwa galaksi-galaksi kecil dari waktu ke waktu akan bergabung untuk membentuk galaksi besar.

Galaksi-galaksi terkecil yang diketahui, dikenal sebagai galaksi kerdil (dwarf galaxies), memiliki rentang variasi kecerlangan yang sangat besar, antara 1.000 kali hingga 10 juta kali kecerlangan matahari. Setidaknya 22 dari galaksi-galaksi kerdil tersebut diketahui bergerak mengitari galaksi Bima Sakti. Para ilmuwan UCI mempelajari 18 galaksi diantaranya, memanfaatkan data yang diperoleh dari teleskop Keck di Hawaii dan teleskop Magellan di Chile, dengan tujuan mengkalkulasi massa mereka. Dengan menganalisis cahaya bintang di tiap galaksi, mereka menentukan seberapa cepat bintang-bintang tersebut bergerak. Berdasarkan kecepatannya, mereka dapat menentukan massa dari tiap galaksi.

Para peneliti semula menduga bahwa besaran massa yang diperoleh akan bervariasi, dengan galaksi paling cemerlang memiliki massa yang besar pula, dan galaksi yang redup akan memiliki massa lebih kecil. Namun yang mengejutkan, semua galaksi kerdil itu memiliki massa yang sama, yakni 10 juta kali massa matahari.

Karena galaksi kerdil sebagian besar tersusun atas materi gelap (rasio materi gelap dengan materi normal adalah 10.000 berbanding 1), maka penemuan mengenai massa minimun ini mengungkap sifat mendasar dari materi gelap.

Dengan demikian, walaupun galaksi-galaksi tersebut boleh dibilang tak terlihat, namun ternyata menyimpan materi gelap dalam besaran yang luar biasa. Hal ini membantu para ilmuwan untuk memahami lebih jauh mengenai parikel yang membentuk materi gelap dan menunjukkan bagaimana galaksi di alam semesta membentuk.

Menurut teori, gumpalan materi gelap dapat eksis tanpa adanya bintang. Namun satu-satunya gumpalan materi gelap yang dapat dideteksi saat ini justeru yang diterangi oleh bintang-bintang.

Para ilmuwan berharap mereka dapat mempelajari lebih jauh mengenai properti mikroskopis materi gelap apabila laboratorium Large Hadron Collider di Swiss mulai beroperasi pada akhir tahun ini. Peralatan ini mengakselerasi dua pancaran inti atom yang ditembakkan ke arah yang berlawanan dalam sebuah cincin. Kedua pancaran itu akan saling bertumbukan dan terurai menjadi partikel-partikel subatomik yang lebih fundamental. Hal ini akan meniru kondisi sesaat setelah terjadinya big bang, dan dengan demikian, diharapkan partikel materi gelap untuk pertama kalinya dapat diciptakan di laboratorium. (www.uci.edu)

Filamen ini adalah satu-satunya manifestasi dalam gelombang cahaya kasatmata yang menunjukkan hubungan yang kompleks antara lubang hitam di pusat galaksi dengan kluster gas yang melingkupinya. Hal ini menyediakan petunjuk penting mengenai bagaimana lubang hitam raksasa mempengaruhi lingkungan sekitarnya.

Sekelompok astronom, menggunakan perangkat Advanced Camera for Survey pada teleskop antariksa Hubble, untuk pertama kalinya berhasil menemukan “benang-benang” individual yang membentuk filamen tersebut. Setiap “benang” menyimpan gas dalam besaran sekitar sejuta kali massa gas yang dikandung oleh Matahari kita. Dengan lebar hanya sekitar 200 tahun cahaya, dengan kelurusan yang mencengangkan, filamen itu terentang hingga 20.000 tahun cahaya. Filamen itu terbentuk saat gas dingin dari inti galaksi terdorong keluar oleh gelegak (bubble) yang terlepas dari lubang hitam.

Struktur filamen di sekeliling NGC 1275. Gambar diambil oleh teleskop antariksa Hubble pada Juli dan Agustus 2006. (Kredit: NASA, ESA and Andy Fabian [University of Cambridge, UK])

Adalah sebuah tantangan bagi para astronom untuk memahami bagaimana struktur yang halus ini dapat bertahan pada lingkungan berenergi tinggi dari kluster galaksi selama lebih dari 100 juta tahun. Struktur ini seharusnya telah terpanaskan, buyar, dan menguap dalam periode yang sangat singkat, atau runtuh oleh gravitasinya sendiri untuk kemudian membentuk bintang baru. Bahkan, yang lebih membingungkan lagi adalah fakta bahwa struktur ini tidak terkoyak oleh gaya tarik pasang (tidal pull) gravitasi pada inti kluster.

Studi terbaru yang dipimpin oleh Andy Fabian dari University of Cambridge, UK, dan dipublikasikn di jurnal Nature pada 21 Agustus 2008 mengusulkan bahwa medan magnetik telah menyangga gas bermuatan tersebut pada tempatnya dan menahan gaya yang dapat menghancurkan filamen tersebut. Struktur kerangka ini telah mampu mempertahankan “benang” panjang yang ganjil ini hingga selama lebih dari 100 juta tahun.

Data terbaru dari Hubble juga memungkinkan penentuan kekuatan medan magnet pada filamen berdasarkan ukurannya. Filamen yang tipis lebih rapuh, sehingga memerlukan medan magnet yang lebih kuat untuk mendukungnya. Namun demikian, makin halus filamen itu, makin sulit pula untuk diamati.

Sistem filamen pada NGC 1275 menyediakan contoh yang paling nyata mengenai kinerja medan magnet ekstragalaksi hingga sejauh ini, beserta interaksi yang kompleks antara kluster gas dan lubang hitam supermasif di inti galaksi. Hal-hal semacam ini tidak dapat diobservasi dalam detail seperti pada NGC 1275, sehingga para ilmuwan dapat mengaplikasikan pemahaman yang didapat darinya untuk menginterpretasikan observasi terhadap galaksi-galaksi yang lebih jauh lagi. (spacetelescope.org)

Para astronom yang mengelola situs web tersebut mulai melakukan investigasi, dan segera menyadari bahwa Van Arkel mungkin telah menemukan sebuah objek astronomi dari kelas baru. “Pada mulanya kita tidak tahu apakah itu. Ia bisa berada di tata surya kita atau di ujung jagad raya,” ujar Kevin Schawinski, ahli astrofisika dari Universitas Yale yang juga penggagas proyek Galaxy Zoo.

Para ilmuwan memanfaatkan sejumlah teleskop, baik yang berbasis di Bumi maupun di antariksa, untuk mengamati objek misterius tersebut. Misterinya adalah, pada objek tersebut sama sekali tidak ditemui adanya bintang. Sebaliknya, ia tersusun sepenuhnya dari gas yang sangat panas, sekitar 10.000 derajat Celcius, yang mungkin teriluminasi oleh sesuatu yang sangat kuat. Mereka menyadari bahwa iluminasi tersebut tidak bersumber dari Vorwerp sendiri, melainkan dari objek lain di sekitarnya.

Hanny’s Voorwerp dan IC 2497 (Gambar: Dan Smith, Peter Herbert, Matt Jarvis & the ING.)

Objek yang dicurigai sebagai sumber iluminasi Vorwerp adalah sebuah galaksi di dekatnya, yang dikenal sebagai IC 2497. “Kami yakin di masa lalu galaksi IC 2497 menyimpan suatu quasar yang amat terang,” terang Schawinski. Quasar adalah suatu objek yang sangat cemerlang, yang sebenarnya adalah lubang hitam supermasif di inti sebuah galaksi aktif.

Menurut Schawinski, cahaya dari masa lalu masih menerangi Vorwerp walau quasarnya telah padam sejak 100.000 tahun lalu dan lubang hitam pada galaksi tidak lagi aktif. “Gema cahaya yang telah membeku dalam waktu itulah yang memungkinkan kami mengamati obyeknya,” ujar Chris Lintott, salah satu pengelola Galaxy Zoo di Universitas Oxford, Inggris. Gema cahaya yang serupa juga telah terlihat di sekitar supernova yang meledak beberapa dekade atau abad lalu.

Van Arkel adalah satu dari 150.000 astronom amatir yang membantu mengklasifikasikan lebih dari sejuta galaksi dalam proyek Galaxy Zoo. Dalam tahap selanjutnya, proyek ini akan menekankan pencarian objek-objek unik yang bertebaran di jagad raya. (www.yale.edu)

Model yang disusun berdasarkan observasi radio tahun 1950-an terhadap gas-gas dalam galaksi ini bertahan hingga mengalami revisi pada tahun 1990-an. Berdasarkan hasil dari large infrared sky survey, ditemukan keberadaan pita besar yang terdiri dari bintang-bintang di tengah galaksi Bima Sakti. Sinar inframerah dapat menembus debu, dan dengan demikian teleskop yang dirancang untuk mengumpulkan sinar inframerah dapat melihat lebih jelas kedalam pusat galaksi yang dipenuhi debu dan aneka macam objek.

Berikutnya, pada 2005, para astronom mulai menggunakan detektor inframerah pada teleskop antariksa Spitzer untuk memperoleh informasi lebih rinci mengenai pita tersebut. Sekelompok astronom yang dipimpin oleh Robert Benjamin dari University of Wisconsin menemukan bahwa pita yang terentang dari pusat Galaksi ke arah luar tersebut lebih luas dan lebih panjang dibanding yang diperkirakan sebelumnya.

Mereka memperoleh citra inframerah terbaru dari Bimasakti yang menunjukan galaksi ini terentang 130 derajat di sepanjang langit dan satu derajat merentang dari bidang galaksi menuju ke atas dan bawah. Mosaik ini terdiri dari 800.000 gambar yang diambil dan menampilkan lebih dari 110 juta bintang.

Gambaran terbaru mengenai struktur Bima Sakti. Dua lengan utama (Scutum-Centaurus dan Perseus) menyatu dengan ujung pita di pusat galaksi. Dua lengan kecil (Norma and Sagittarius) kelihatan lebih redup. Matahari kita terletak di Lengan Orion, sebuah lengan kecil yang berada di antara lengan Sagittarius dan Perseus. (Gambar: NASA)

Benjamin lantas mengembangkan perangkat lunak khusus untuk menghitung bintang-bintang tersebut serta mengukur kerapatannya. Perhitungan yang dilakukannya pada lengan Scutum-Centaurus menunjukan peningkatan jumlah bintang dibanding yang seharusnya ada di suatu lengan spiral. Sementara pengukuran pada lengan Sagittarius dan Norma tidak menunjukan adanya peningkatan jumlah bintang. Lengan ke-4, yakni lengan Perseus yang menyelubungi bagian terluar Bimasakti, tidak dapat dilihat dalam citra terbaru yang diambil Spitzer.

Penemuan ini menunjukkan bahwa galaksi Bima Sakti memiliki dua lengan spiral, sebagaimana struktur pada galaksi berpita pada umumnya. Lengan utama tersebut, lengan Scutum-Centaurus dan Perseus, memiliki kerapatan terbesar yang tersusun atas bintang-bintang muda dan terang serta bintang-bintang yang lebih tua yang dikenal sebagai raksasa merah (red-giant stars). Benjamin menyatakan bahwa kedua lengan utama tersebut terlihat berhubungan dengan bagian terdekat dan terjauh dari pita utamanya.

“Kini, kita dapat menyatukan kedua lengan tersebut dengan pita utama, seperti menyusun sebuah puzzle,” jelas Benjamin. Observasi inframerah sebelumnya menemukan petunjuk mengenai kedua lengan tersebut. Namun hasilnya tidak begitu jelas karena posisi dan lebar lengan masih belum diketahui.

Sekalipun lengan galaksi tampak sebagai fitur yang lengkap, namun pada kenyataannya bintang di dalamnya secara konstan terus bergerak keluar dan masuk di dalam lengan tersebut. Hal ini disebabkan oleh pergerakan bintang-bintang tersebut saat mengorbit pusat galaksi.

Matahari pun sekali waktu akan berada pada lengan yang berbeda. Dan sejak ia terbentuk 4 milyar tahun yang lalu, Matahari telah mengitari pusat galaksi sebanyak 16 kali. (spitzer.caltech.edu)