Awan membingungkan di dekat pusat galaksi dapat menyimpan petunjuk tentang bagaimana bintang dilahirkan.
Di dekat pusat galaksi yang padat, di mana awan gas dan debu yang mengepul menutupi lubang hitam supermasif tiga juta kali lebih masif dari matahari — lubang hitam yang gravitasinya cukup kuat untuk mencengkeram bintang yang mencambuknya dengan kecepatan ribuan kilometer per detik— satu awan tertentu telah membingungkan para astronom. Memang, awan, dijuluki G0.253 + 0,016, menentang aturan pembentukan bintang.
Gambar ini, diambil dengan teleskop ruang angkasa inframerah Spitzer NASA, menunjukkan awan galaksi misterius, yang terlihat sebagai objek hitam di sebelah kiri. Pusat galaksi adalah titik terang di sebelah kanan. Kredit: NASA / Spitzer / Benjamin et al., Churchwell et al.
Dalam gambar infra merah dari pusat galaksi, awan — yang panjangnya 30 tahun — muncul sebagai siluet berbentuk kacang dengan latar belakang debu dan gas yang bercahaya di cahaya inframerah. Kegelapan awan berarti cukup padat untuk menghalangi cahaya.
Menurut kebijaksanaan konvensional, awan-awan gas yang padat ini harus mengumpul untuk membuat kantong-kantong bahan yang lebih padat yang runtuh karena gravitasi mereka sendiri dan akhirnya membentuk bintang-bintang. Salah satu wilayah gas yang terkenal karena pembentukan bintangnya yang luar biasa adalah Nebula Orion. Namun, meskipun awan pusat-galaksi 25 kali lebih padat daripada Orion, hanya beberapa bintang yang dilahirkan di sana — dan bahkan kemudian, mereka kecil. Faktanya, para astronom Caltech mengatakan, laju pembentukan bintangnya 45 kali lebih rendah dari yang diperkirakan para astronom dari awan yang begitu tebal.
"Ini awan yang sangat padat dan tidak membentuk bintang masif apa pun — yang sangat aneh," kata Jens Kauffmann, seorang sarjana postdoctoral senior di Caltech.
Dalam serangkaian pengamatan baru, Kauffmann, bersama dengan sarjana postdoctoral Caltech, Thushara Pillai dan Qizhou Zhang dari Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian, telah menemukan alasannya: tidak hanya kekurangan rumpun gas yang diperlukan, tetapi awan itu sendiri berputar-putar. begitu cepat sehingga tidak bisa tenang untuk runtuh menjadi bintang.
Hasil, yang menunjukkan bahwa pembentukan bintang mungkin lebih kompleks daripada yang diperkirakan sebelumnya dan bahwa keberadaan gas padat tidak secara otomatis menyiratkan suatu daerah di mana pembentukan seperti itu terjadi, dapat membantu para astronom lebih memahami prosesnya.
Tim mempresentasikan temuan mereka — yang baru-baru ini diterima untuk diterbitkan dalam Astrophysical Journal Letters — pada pertemuan 221 American Astronomical Society di Long Beach, California.
Untuk menentukan apakah awan itu mengandung gumpalan gas yang lebih padat, yang disebut inti padat, tim menggunakan Submillimeter Array (SMA), kumpulan delapan teleskop radio di atas Mauna Kea di Hawaii. Dalam satu skenario yang mungkin, awan memang mengandung inti padat ini, yang kira-kira 10 kali lebih padat daripada awan lainnya, tetapi medan magnet yang kuat atau turbulensi di awan mengganggu mereka, sehingga mencegah mereka berubah menjadi bintang penuh.
Namun, dengan mengamati debu yang tercampur ke dalam gas awan dan mengukur N2H + —sebuah ion yang hanya bisa ada di daerah dengan kepadatan tinggi dan karenanya merupakan penanda gas yang sangat padat — para astronom hampir tidak menemukan inti padat. "Itu sangat mengejutkan," kata Pillai. "Kami berharap melihat lebih banyak gas padat."
Selanjutnya, para astronom ingin melihat apakah awan itu disatukan oleh gravitasinya sendiri — atau jika ia berputar sangat cepat sehingga hampir terbang terpisah. Jika berputar terlalu cepat, ia tidak dapat membentuk bintang. Menggunakan Combined Array untuk Penelitian dalam Astronomi gelombang-milimeter (CARMA) - kumpulan 23 teleskop radio di California timur yang dijalankan oleh konsorsium lembaga, di mana Caltech adalah anggotanya - para astronom mengukur kecepatan gas di awan dan menemukan bahwa itu hingga 10 kali lebih cepat daripada biasanya terlihat di awan yang sama. Awan khusus ini, para astronom temukan, nyaris tidak disatukan oleh gravitasinya sendiri. Bahkan, mungkin segera terbang terpisah.
Gambar Spitzer dari awan (kiri). Gambar SMA (tengah) menunjukkan relatif kurangnya inti gas padat yang diduga membentuk bintang. Gambar CARMA (kanan) menunjukkan keberadaan silikon monoksida, yang menunjukkan bahwa awan mungkin merupakan hasil dari dua awan yang bertabrakan. Kredit: Caltech / Kauffmann, Pillai, Zhang
Data CARMA mengungkapkan kejutan lain: awan itu penuh dengan silikon monoksida (SiO), yang hanya ada di awan di mana gas mengalir bertabrakan dengan dan menghancurkan butiran debu, melepaskan molekul. Biasanya, awan hanya berisi segelintir senyawa. Biasanya diamati ketika gas yang mengalir keluar dari bintang-bintang muda kembali ke awan tempat bintang-bintang itu dilahirkan. Tetapi jumlah SiO yang luas di awan pusat-galaksi menunjukkan bahwa ia mungkin terdiri dari dua awan yang bertabrakan, yang dampaknya mengejutkan di seluruh awan pusat-galaksi. "Melihat guncangan pada skala besar seperti itu sangat mengejutkan," kata Pillai.
G0.253 + 0,016 pada akhirnya mungkin dapat membuat bintang, tetapi untuk melakukannya, para peneliti mengatakan, itu perlu menetap agar dapat membangun inti padat, sebuah proses yang bisa memakan waktu beberapa ratus ribu tahun. Tetapi selama waktu itu, awan itu akan menempuh jarak yang sangat jauh di sekitar pusat galaksi, dan ia mungkin menabrak awan lain atau ditarik keluar oleh tarikan gravitasi dari pusat galaksi. Dalam lingkungan yang begitu mengganggu, awan mungkin tidak pernah melahirkan bintang.
Temuan ini juga semakin mengacaukan misteri lain dari pusat galaksi: keberadaan gugus bintang muda. Arches Cluster, misalnya, mengandung sekitar 150 bintang muda yang cemerlang, masif, yang hanya hidup selama beberapa juta tahun. Karena jumlah waktu yang terlalu pendek bagi bintang-bintang untuk terbentuk di tempat lain dan bermigrasi ke pusat galaksi, mereka pasti terbentuk di lokasi mereka saat ini. Para astronom berpikir ini terjadi di awan tebal seperti G0.253 + 0,016. Jika tidak ada, lalu dari mana datangnya kluster?
Langkah selanjutnya para astronom adalah mempelajari awan tebal yang serupa di sekitar pusat galaksi. Tim ini baru saja menyelesaikan survei baru dengan SMA dan sedang melanjutkan survei lain dengan CARMA. Tahun ini, mereka juga akan menggunakan Atacama Large Millimeter Array (ALMA) di Gurun Atacama, Chili - teleskop milimeter terbesar dan tercanggih di dunia - untuk melanjutkan program penelitian mereka, dimana komite proposal ALMA telah memberikan prioritas utama untuk 2013.
Melalui Caltech