Messier 4, Gugus Bintang Globular Terdekat

Kredit: ESA/Hubble & NASA

Terletak di rasi bintang Scorpius, Messier 4 (NGC 6121) adalah ikatan bintang yang menyusun strukur gugus bintang globular. Hanya terpisah 5.500 tahun cahaya dari Bumi, Messier 4 adalah gugus globular terdekat dari Bumi. Dengan magnitudo semu 5,9 dan karena kedekatannya dengan Antares, salah satu bintang paling terang di langit malam, Messier 4 relatif mudah ditemukan meskipun hanya menggunakan teleskop sederhana.

Messier 4 paling ideal diamati pada bulan Juli.

Messier 4 ditemukan oleh astronom Swis Jean-Philippe Loys de Chéseaux pada tahun 1746. Sebagai rumah bagi lebih dari 100.000 bintang, Messier 4 diduga mengandung sekitar 40.000 bintang tipe katai putih, yakni inti dari bintang purba yang telah mati dan lapisan-lapisan terluarnya telah dihembuskan ke ruang angkasa.

Seiring waktu, katai putih lebih dingin, lebih redup dan lebih sulit dideteksi. Usia gugus bintang globular dapat disimpulkan dari usia bintang katai putih yang paling redup. Mengingat bintang-bintang penghuni gugus adalah yang tertua di jagat raya, berusia hingga 13 miliar tahun, para astronom dapat menggunakannya untuk memperkirakan usia alam semesta itu sendiri.

Kecerahan katai putih di Messier 4 kurang dari sepersejuta kecerahan bintang paling redup yang dapat diamati dengan mata telanjang. Bahkan katai putih paling terang yang berhasil terdeteksi tidak lebih bercahaya dari bola lampu 100 watt di Bulan yang diamati dari Bumi. Katai putih paling redup sebanding dengan lampu 2,5 watt pada jarak yang sama.

Bola-bola plasma purba yang menyusun Messier 4 diabadikan oleh Hubble dalam spektrum cahaya kasat mata dan inframerah, yang menawarkan pemandangan ke pusat gugus yang melampaui dua kali usia tata surya kita.

Untuk menangkap bintang katai putih tertua di Messier 4, Hubble mengambil banyak gambar dalam spektrum cahaya inframerah, kasat mata dan ultraviolet, untuk kemudian digabungkan ke dalam satu gambar yang memperlihatkan sebagian kecil gugus. Total durasi waktu yang dibutuhkan oleh Hubble untuk mengambil gambar ini adalah sekitar 67 hari.
Kredit: NASA dan H. Richer (University of British Columbia)

Video Messier 4 ini dimulai dari pemandangan wilayah langit di dekat Scorpius, kemudian diperbesar ke gambar terperinci Hubble. Beberapa bintang katai putih redup yang diamati Hubble dilingkari dengan warna biru untuk membedakan mereka dari raksasa merah yang mendominasi bidang pandang.

Kredit: NASA dan B. Preston (STScI dan Max-Q Digital)

Bagan bintang Messier 4 ini mewakili pemandangan dari garis lintang utara-tengah untuk bulan dan waktu tertentu.
Kredit: Image courtesy of Stellarium

Bola plasma purba

Kredit: ESA/Hubble dan NASA

Gambar berkilau yang diambil oleh Teleskop Antariksa Hubble NASA/ESA ini menampilkan pusat gugus bintang globular Messier 4. Resolusi Hubble telah memecah gugus menjadi banyak bola plasma yang bercahaya.

Relatif dekat dengan kita, Messier 4 adalah objek astronomi utama untuk dipelajari. Para pengamat amatir kerap melacak Messier 4 di langit malam dan mengarahkan teropong atau teleskop sederhana di dekat bintang oranye-merah Antares di rasi Scorpius.

Pada bulan Juli 2003, Hubble membantu menemukan PSR B1620-26b, sebuah planet 2,5 kali lebih masif daripada Jupiter di Messier 4. Diperkirakan telah berusia sekitar 13 miliar tahun --hampir tiga kali lebih tua dari tata surya kita--, planet ini dianggap aneh karena mengorbit sistem biner yang terdiri dari bintang katai putih dan pulsar (sejenis bintang neutron). 

Messier 4 digunakan untuk mengkonfirmasi usia alam semesta

Gambar Hubble: NASA and H. Richer (University of British Columbia);
Gambar berbasis darat: NOAO/AURA/NSF

Mendorong batas kemampuan penglihatannya, Teleskop Antariksa Hubble NASA telah menemukan bintang-bintang tua yang telah menghabiskan bahan bakarnya untuk aktivitas fusi nuklir di galaksi Bima Sakti kita. Dianggap sebagai “jam kosmik”, bintang redup yang sudah sangat lanjut usia ini memberikan panduan independen tentang usia alam semesta tanpa harus bergantung pada pengukuran ekspansi kosmos.

Bintang katai putih purba yang diamati Hubble, berusia antara 12-13 miliar tahun. Karena observasi Hubble sebelumnya telah mengungkap bintang-bintang generasi pertama yang terbentuk kurang dari 1 miliar tahun setelah Big Bang --yang melahirkan kosmos-- menemukan bintang-bintang tertua memungkinkan para astronom untuk menghitung usia sejati alam semesta.

Berdasarkan ekspansi ruang, para astronom menetapkan usia alam semesta dalam kisaran angka 13-14 miliar tahun. Tanggal kelahiran alam semesta adalah nilai yang paling fundamental, sehingga para astronom sejak dulu mencari teknik penentuan usia jagad raya lainnya sebagai konfirmasi ulang.

“Observasi ‘jalan pintas’ ini telah mencapai tahap pertanyaan usia dan menawarkan cara yang sepenuhnya independen untuk menjabarkan nilai fundamental tersebut,” ungkap Harvey Richer dari University of British Columbia di Kanada.

Bersama para kolega, Richer menggunakan Hubble untuk memburu bintang-bintang purba yang bersembunyi di dalam gugus bintang globular yang terletak sekitar 5.600 tahun cahaya dari Bumi di rasi Scorpius.

Makalah ilmiah yang melaporkan hasil penelitian telah dipublikasikan di Astrophysical Journal Letters.

Secara konseptual, teknik baru untuk menentukan usia kosmos sama seperti memperkirakan berapa lama api unggun terbakar dengan mengukur suhu bara api. Bagi Hubble, “bara” adalah bintang katai putih, sisa-sisa (inti) bintang yang terbentuk paling awal di galaksi kita.

Bola “abu” panas dan padat yang ditinggalkan oleh ‘tungku nuklir’ bintang yang telah lama mati atau katai putih, mendingin dengan tingkat yang dapat diprediksi. Semakin tua, katai putih akan semakin dingin, menjadikannya “jam kosmik” yang telah berdetak hampir selama eksistensi alam semesta.

Pendekatan ini diakui lebih andal daripada penentuan tanggal lahir kosmos menggunakan bintang-bintang yang masih terbakar oleh fusi nuklir dan bergantung pada model dan perhitungan rumit tentang bagaimana sebuah bintang membakar bahan bakar fusi nuklir beserta usianya. Bintang katai putih lebih mudah dimanfaatkan untuk model penentuan usia, triknya terletak pada penemuan “jam kosmik” paling redup karena mengindikasikan usia yang paling tua.

Saat mendingin, bintang katai putih semakin redup, sehingga Hubble harus mengambil banyak gambar gugus globular purba Messier 4. Total durasi waktu yang dibutuhkan hampir mencapai 8 hari dari 67 hari pengamatan untuk mengungkap katai putih yang paling redup. Akhirnya katai putih paling dingin --dan paling tua-- terlihat.

Dengan magnitudo 30, mereka begitu redup untuk bisa dicitrakan menggunakan kamera original Hubble. Skala kecerahan mereka sekitar satu miliar lebih redup daripada bintang paling redup yang bisa diamati dengan mata telanjang.

Gugus bintang globular adalah penghuni pertama Bima Sakti, yang membangun pusat galaksi miliaran tahun sebelum kemunculan cakram pinwheel Bima Sakti (sebagaimana dikonfirmasi lebih lanjut oleh pengamatan Richer). Saat ini ada 150 gugus bintang globular yang menetap di Bima Sakti. Gugus bintang globular Messier 4 dipilih karena paling dekat dengan Bumi, sehingga katai putih di sana lebih mudah diatasi oleh Hubble.

Pada tahun 1928, Edwin Hubble adalah astronom pertama yang memahami alam semesta mengembang secara seragam. Berarti alam semesta memiliki batas usia yang dapat diperkirakan secara matematis dengan membalik ekspansinya.

Estimasi pertama usia kosmos oleh Edwin Hubble jatuh ke angka 2 miliar tahun. Ketidakpastian tentang laju ekspansi memicu perdebatan sengit pada akhir tahun 1970-an, dengan perkiraan berkisar antara 8-18 miliar tahun. Perkiraan usia bintang “deret utama” normal tertua tidak konsisten dengan perkiraan terendah usia kosmos, mengingat bintang tidak bisa lebih tua dari alam semesta itu sendiri.

Pada tahun 1997, para astronom memanfaatkan Teleskop Antariksa Hubble untuk memecahkan kebuntuan dengan mengumumkan usia akurat kosmos yang dihitung dari pengukuran laju ekspansi. Penentuan usia tersebut segera memperumit keadaan setelah tim astronom lain menemukan akselerasi laju ekspansi karena gaya tolak misterius yang disebut “energi gelap”.

Ketika faktor energi gelap dimasukkan ke penentuan sejarah ekspansi kosmos, para astronom tiba pada usia 13-14 miliar tahun. Usia yang saat ini diverifikasi secara independen oleh usia “jam kosmik” bintang katai putih yang diukur Hubble. 

Gugus bintang globular (bola)

Gugus bintang globular adalah salah satu ikatan benda langit tertua di galaksi kita. Keindahan mereka bisa diamati dengan mudah menggunakan teleskop amatir yang mampu mengatasi kilau kerumunan bintang yang tergantung di langit malam layaknya ornamen Natal. Sekitar 150 gugus bintang globular telah ditemukan menetap di galaksi Bima Sakti kita. Setiap gugus bisa mengandung ratusan ribu hingga satu juta bintang yang menempati volume ruang relatif sempit sekitar 10-30 tahun cahaya.

Pada tahun 1918, Harlow Shapley menyadari eksistensi dan struktur gugus bintang globular. Dengan mempelajari distribusi gugus dan mengukur jarak mereka, Shapley dapat menyimpulkan lokasi pusat Bima Sakti dan jarak Matahari dari pusat galaksi. Pada tahun 1930-an, astronom Edwin Hubble menemukan gugus bintang globular di galaksi tetangga Andromeda. Sejak saat, itu gugus bintang globular telah ditemukan mengelilingi galaksi-galaksi lain.

Gugus bintang globular menempati wilayah “galactic halo” yang mengelilingi cakram galaksi kita. Gugus mengorbit pusat galaksi dan membutuhkan waktu jutaan tahun untuk menyelesaikan lintasan orbit yang sangat elips dengan orientasi acak. Sebagian besar gugus bintang globular mengembara sejauh 90.000-120.000 tahun cahaya dari pusat galaksi, beberapa di antaranya bahkan terpisah hingga 300.000 tahun cahaya dari pusat galaksi.

Pergerakan mereka dipengaruhi oleh gaya gravitasi dari seluruh struktur galaksi, memungkinkan para astronom untuk menghitung total massa Bima Sakti. Beberapa perhitungan terbaru menghasilkan angka 500 miliar massa Matahari untuk total massa Bima Sakti. Hasil perhitungan terlalu tinggi jika massa Bima Sakti hanya berasal dari bintang, nebula dan materi yang kasat mata, mengindikasikan ada sejumlah besar materi gelap tak kasat mata yang misterius di Bima Sakti.

Dibandingkan dengan Matahari dan bintang-bintang lain di cakram galaksi, gugus bintang globular tampaknya kekurangan unsur-unsur berat, sekaligus menunjukkan status mereka sebagai benda langit purba yang hanya terbuat dari gas murni yang terkondensasi untuk membentuk struktur galaksi sejak awal. Meskipun komposisi kimiawi setiap gugus berbeda, namun kemiripan komposisi setiap bintang di dalam gugus mengindikasikan mereka dilahirkan dari satu awan molekuler.

Fakta ini memberikan peluang unik untuk mempelajari evolusi bintang, meskipun setiap bintang memulai kehidupan dengan massa yang bervariasi. Dengan mengamati luminositas dan suhu bintang di dalam gugus, para astronom belajar banyak tentang siklus kehidupan bintang.

Sebagian besar gugus bintang globular hanya mengandung bintang bermassa rendah dalam sistem yang begitu rapat, sehingga kepadatan populasi bintang di dekat pusat gugus sekitar dua bintang per satu kubik tahun cahaya. Sebagai perbandingan, kepadatan populasi bintang di lingkungan kosmik Matahari hanya sekitar satu bintang per 300 kubik tahun cahaya. Jika melihat ke langit dari sebuah planet hipotetis di tengah gugus bintang globular, kita akan dikelilingi oleh senja abadi yang bersumber dari cahaya ribuan bintang di dekatnya.

Ditulis oleh: Staf www.nasa.gov, editor: Rob Garner

Sumber: Messier 4, Ancient orbs, dan Hubble Uncovers Oldest "Clocks" in Space to Read Age of Universe

• Objek Messier berikutnya: Hembusan Kehidupan Baru bagi Gugus Lanjut Usia Messier 5
• Kembali ke Katalog Messier

#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa