V1, Bintang Legendaris Variabel Cepheid yang Mengubah Jagad Raya

Teleskop Antariksa Hubble besutan NASA telah diarahkan untuk mengamati sebuah bintang variabel yang pada tahun 1923 mengubah arah astronomi modern. V1 adalah kelas khusus bintang denyut yang disebut variabel Cepheid dan kerap diandalkan untuk mengukur jarak kosmik.
Kredit: NASA, ESA, dan the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Meskipun alam semesta penuh sesak dengan triliunan bintang, penemuan sebuah bintang variabel pada tahun 1923 telah mengubah arah astronomi modern. Setidaknya seorang astronom kondang saat itu merasa menyesal karena penemuan ini telah merubah cara pandangnya terhadap jagad raya.

Bintang ‘pembawa sial’ variabel pertama Hubble, atau V1, terletak di wilayah terluar galaksi Andromeda (Messier 31). Dianggap sebagai ‘pembawa sial’ karena pada awal tahun 1900-an, sebagian besar astronom menganggap galaksi Bima Sakti adalah alam semesta itu sendiri dengan tidak ada objek kosmik lain yang bisa diamati di luar batas Bima Sakti. Bahkan, galaksi tetangga Andromeda saat itu dikategorikan sebagai salah satu bercak redup langit yang disebut “nebula spiral”.

Apakah nebula spiral ini merupakan bagian atau berada di luar Bima Sakti? Para astronom tidak bisa memastikannya, sampai Edwin Hubble menemukan sebuah bintang di Andromeda yang mengalami perubahan skala kecerahan atau luminositas absolut secara periodik dalam pola yang dapat diprediksi seperti berkas cahaya lampu mercusuar. Hubble kemudian mengidentifikasinya sebagai V1, sebuah bintang variabel Cepheid. Jenis bintang istimewa ini terbukti andal sebagai penanda jarak di dalam galaksi kita.

V1 membantu Hubble untuk mengungkap bahwa Andromeda berada di luar galaksi kita dan menyelesaikan perdebatan tentang status nebula spiral. Alam semesta kemudian menjadi sebuah tempat yang jauh lebih besar setelah penemuan Hubble dan mencemaskan astronom Harlow Shapley yang meyakini nebula redup ini adalah bagian dari Bima Sakti.

Hampir 100 tahun kemudian, V1 kembali menjadi sorotan. Para astronom mengarahkan teleskop berbasis antariksa milik NASA yang menyandang nama Edwin Hubble ke bintang itu sekali lagi, sebagai wujud penghormatan simbolis untuk mengenang observasi legendaris astronom Edwin Hubble.

Para astronom Hubble Heritage Project Space Telescope Science Institute menjalin kerja sama dengan American Association of Variable Star Observers (AAVSO) untuk mempelajari V1. Para pengamat dari AAVSO mengikuti V1 selama enam bulan dan memperoleh ritme naik turunnya kurva cahaya bintang. Berdasarkan kurva cahaya ini, tim Hubble Heritage menjadwalkan waktu yang tepat bagi Teleskop Antariksa Hubble untuk mengabadikan citra V1.

“V1 adalah bintang terpenting dalam sejarah kosmologi,” ungkap astronom Dave Soderblom dari Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimore, Maryland, yang mengagas observasi V1.

“Penemuan penting yang membuktikan kosmos lebih besar dan penuh sesak dengan galaksi. Saya pikir akan bagus jika Teleskop Antariksa Hubble mengamati bintang istimewa yang ditemukan oleh astronom Hubble.”

Tetapi, anggota tim Hubble Heritage dan sesama astronom dari STScI Max Mutchler  mengatakan observasi ini lebih dari sekadar peringatan seremonial bagi seorang astronom legendaris.

“Observasi ini adalah pengingat untuk Cepheid yang masih relevan hingga saat ini,” jelasnya. “Para astronom memanfaatkannya untuk mengukur jarak ke galaksi yang lebih jauh dari Andromeda. Mereka adalah anak tangga pertama pada tangga jarak kosmik.”

Observasi V1 oleh Teleskop Antariksa Hubble dan AAVSO telah dipresentasikan pada konferensi pers 23 Mei 2011 saat pertemuan American Astronomical Society di Boston, Massachusetts.

Sepuluh orang astronom amatir dari seluruh dunia bersama Direktur AAVSO Arne Henden, melakukan 214 observasi terhadap V1 antara bulan Juli 2010 dan Desember 2010. Mereka memperoleh empat siklus denyut, yang masing-masing berlangsung lebih dari 31 hari. Studi AAVSO memungkinkan tim Hubble Heritage untuk menentukan jadwal observasi Hubble untuk menangkap bintang pada fase paling terang dan paling redup.

Meski demikian, pengamatan tidak semudah yang diharapkan. “Skala kecerahan bintang menurun secara bertahap diikuti oleh lonjakan tajam ke atas, jika melewatkannya satu atau dua hari, momen terbaik akan hilang,” ujar Mutchler.

Menggunakan Wide Field Camera 3, tim melakukan empat pengamatan pada bulan Desember 2010 dan Januari 2011.

“Teleskop Hubble lebih mumpuni dalam melihat bintang redup di langit daripada yang dilihat oleh astronom Edwin Hubble, dan tidak sedikit yang merupakan tipe bintang variabel,” tambah Mutchler. “Kerlipan mereka membuat galaksi tampak hidup. Bintang-bintang terlihat seperti butiran pasir dan tidak sedikit yang belum pernah terlihat sebelumnya.”

Bagi Soderblom, momen observasi menggunakan Hubble akan mencapai puncak sejak lebih dari 25 tahun V1 diajukan untuk diamati. Tak lama setelah tiba di Institut pada tahun 1984, Soderblom berpikir untuk menempatkan warisan pusaka astronom Edwin Hubble di atas pesawat ulang-alik Discovery yang akan membawa Teleskop Antariksa Hubble ke luar angkasa.

“Awalnya saya berpikir warisan pusaka adalah pipa rokok kesayangan Hubble, tetapi [kosmologis] Allan Sandage [anak didik Edwin Hubble] menyarankan ide lain: pelat kaca fotografi V1 yang dibuat Hubble pada tahun 1923,” kenang Soderblom.

Dia membuat 15 salinan film dari pelat kaca asli setebal 4-5 inci. Sepuluh di antaranya terbang di pesawat ulang-alik Discovery pada tahun 1990 selama misi penempatan Hubble di orbit rendah Bumi. Sedangkan dua dari lima sisa salinan film menjadi bagian dari pesawat ulang-alik kargo Atlantis untuk misi servis kelima Hubble pada tahun 2009. Salah satu salinan itu dibawa oleh astronot dan astronom John Grunsfeld, yang sekarang menjabat Wakil Direktur STScI.

Perbandingan hasil gambar V1 Teleskop Antariksa Hubble (inset atas) dengan observasi astronom Edwin Hubble menggunakan teleskop 100 inci.
Kredit: R. Gendler

Bintang Penjuru yang Memperluas Alam Semesta

Sebelum penemuan V1, banyak astronom yang mengira nebula spiral, seperti Andromeda, adalah bagian dari galaksi Bima Sakti kita. Sementara yang lain tidak begitu yakin. Bahkan dua orang astronom kondang Shapley dan Heber Curtis, sampai mengadakan debat publik pada tahun 1920 tentang sifat nebula ini. Selama perdebatan, Shapley memperjuangkan argumen 300.000 tahun cahaya untuk diameter Bima Sakti.

Meskipun Shapley melebih-lebihkan ukurannya, dia benar saat menyatakan Bima Sakti jauh lebih besar daripada ukuran yang diterima secara umum. Shapley berargumen nebula spiral jauh lebih kecil daripada Bima Sakti, oleh karena itu harus menjadi bagian dari galaksi kita.

Tapi Curtis tidak setuju. Dia beragumen ukuran Bima Sakti lebih kecil dari yang diklaim Shapley, sehingga meninggalkan ruang bagi pulau alam semesta lain di luar galaksi kita.

Untuk menyelesaikan perdebatan, para astronom harus menetapkan jarak nebula spiral secara akurat. Mereka kemudian mencari bintang di nebula spiral yang kecerahan intrinsiknya dapat dipahami. Mengetahui skala kecerahan sebuah bintang memungkinkan para astronom untuk menghitung seberapa jauh jaraknya dari Bumi. Tetapi beberapa bintang yang mereka pilih bukanlah penjuru yang bisa diandalkan.

Sebagai contoh, Andromeda, yang terbesar dari nebula spiral, justru memberikan petunjuk yang ambigu terkait jaraknya. Para astronom telah mengamati berbagai jenis bintang yang meledak di nebula. Tetapi karena tidak sepenuhnya memahami proses kosmik yang mendasarinya, mereka kesulitan menggunakan bintang-bintang itu untuk menghitung seberapa jauh jarak mereka dari Bumi.

Karena itu estimasi jarak Andromeda selalu bervariasi. Lantas, argumen siapa yang paling benar?

Astronom legendaris Edwin Hubble.
Kredit: NASA

Edwin Hubble Bertekad untuk Menyelesaikannya

Pada tahun 1923, astronom Edwin Hubble menghabiskan waktu beberapa bulan untuk memindai Andromeda dengan Teleskop Hooker berdiameter 100 inci, teleskop paling kuat saat itu, di Mount Wilson Observatory, California. Bahkan dengan teleskop bermata tajam sekalipun, Andromeda adalah target yang cukup sulit, karena panjangnya hanya sekitar 5 kaki di bidang fokus teleskop. Karena itu Hubble mengambil banyak eksposur yang mencakup puluhan lempeng kaca fotografi untuk menangkap seluruh nebula.

Hubble berkonsentrasi pada tiga wilayah. Salah satunya terletak jauh di dalam lengan spiral. Pada tanggal 5 Oktober 1923 malam, Hubble mulai melakukan observasi yang berlangsung hingga 6 Oktober dini hari. Meskipun kondisi langit tidak mendukung observasi, Hubble mengambil eksposur selama 45 menit yang menghasilkan tiga kandidat nova, salah satu kelas bintang yang meledak. Dia menulis huruf “N” untuk nova, di sebelah masing-masing objek.

Kemudian, Hubble menghasilkan penemuan mengejutkan saat membandingkan pelat kaca tanggal 5-6 Oktober dengan eksposur nova sebelumnya. Salah satu bintang nova (V1) ternyata cahayanya menjadi cerah dan redup selama periode waktu yang jauh lebih singkat daripada yang terlihat di fenomena nova.

Setelah memperoleh cukup pengamatan untuk menentukan kurva cahaya V1 dalam periode 31,4 hari, Hubble menentukan V1 adalah bintang variabel Cepheid. Periode menghasilkan kecerahan intrinsik bintang, yang kemudian digunakan oleh Hubble untuk menghitung jaraknya. V1 ternyata terletak 1 juta tahun cahaya dari Bumi, melampaui tiga kali estimasi diameter Bima Sakti saat itu.

Menggunakan pena penandanya, Hubble menulis “N di sebelah variabel Cepheid yang baru ditemukan dan menulis “VAR” untuk variabel, diikuti oleh tanda seru.

Selama beberapa bulan, sang astronom legendaris terus menatap Andromeda dan menemukan variabel Cepheid lainnya beserta beberapa nova. Kemudian Hubble mengirim surat yang merinci kurva cahaya V1 kepada Shapley untuk menceritakan penemuannya. Setelah membaca surat dari Hubble, Shapley yakin bukti itu otentik. Shapley dilaporkan memberi tahu seorang kolega, “Inilah surat yang menghancurkan alam semesta saya.”

Pada akhir tahun 1924 Hubble telah menemukan 36 bintang variabel di Andromeda, 12 di antaranya adalah Cepheid. Menggunakan semua Cepheid, ia memperoleh jarak 900.000 tahun cahaya. Pengukuran secara lebih mendetail menempatkan Andromeda pada jarak 2 juta tahun cahaya.

Astronom Shapley dan Henry Norris Russell mendesak Hubble menulis makalah ilmiah untuk dipaparkan saat pertemuan American Astronomical Society and American Association for the Advancement of Science yang digelar akhir bulan Desember 1924. Makalah Hubble berjudul “Extragalactic Nature of Spiral Nebulae” disampaikan in absentia dan menyabet penghargaan makalah ilmiah terbaik.

Sebuah artikel pendek yang melaporkan penghargaan itu diterbitkan di The New York Times edisi 10 Februari 1925. Gingerich mengatakan penemuan Hubble bukanlah berita besar saat pertemuan, karena Hubble telah memberi tahu para astronom terkemuka tentang hasil penemuannya beberapa bulan sebelumnya.

Observasi bintang variabel Cepheid V1 oleh Edwin Hubble adalah langkah bersejarah untuk mengungkap ukuran sejati kosmos yang ternyata jauh lebih besar. Hubble bahkan menemukan banyak galaksi di luar Bima Sakti. Galaksi-galaksi itulah yang pada akhirnya mengarahkan Hubble untuk menentukan alam semesta mengembang.

Apakah Hubble pernah membayangkan 100 tahun kemudian, kemajuan teknologi memungkinkan para astronom amatir untuk melakukan observasi terhadap V1 dengan teleskop sederhana dari halaman belakang rumah?

Atau apakah Hubble pernah bermimpi teleskop antariksa yang menyandang namanya saat ini akan melanjutkan usahanya untuk mengukur laju ekspansi alam semesta secara akurat?

Ditulis oleh: Staf www.nasa.gov, editor: Holly Zell

Sumber: Hubble Views the Star That Changed the Universe

#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa