Info Astronomy - Kalau ditanya, mana yang lebih dulu antara bintang dan galaksi? Apakah ketika pertama kali terbentuk, bintang-bintang langsung menjadi galaksi? Atau bagaimana suatu objek disebut galaksi jika bintang-bintang pertama belum ada?
Untuk menjawabnya, kita perlu ketahui dulu nih apa perbedaan antara bintang dan galaksi.
Menurut definisinya, bintang adalah objek yang dapat menghasilkan cahaya dan energinya sendiri lewat fusi nuklir di intinya. Sementara itu, galaksi adalah kumpulan dari miliaran hingga triliunan galaksi di alam semesta.
Awal Mula Semesta
Saat ini, para astronom sepakat bahwa alam semesta dimulai dalam sebuah fenomena Big Bang. Fenomena ini sendiri bukan ledakan, melainkan fenomena pemuaian ruang dari yang tadinya berukuran skala mikroskopik menjadi ukuran sebesar galaksi dalam waktu 10^-32 detik pertama alam semesta.
Periode awal pemuaian pesat alam semesta ini juga disebut sebagai inflasi, periode yang dianggap bertanggung jawab atas tingkat homogenitas yang luar biasa yang terlihat di alam semesta awal serta sejumlah kecil struktur yang ada saat itu.
Setelah inflasi, evolusi alam semesta terjadi lebih bertahap, di mana alam semesta terus mendingin karena memuai. Selama fase pendinginan ini, proton dan neutron pertama terkondensasi keluar dari campurannya, dan kemudian hidrogen, helium, litium, dan berilium membeku.
Akhirnya, ketika alam semesta berusia sekitar 380.000 tahun, ia telah mendingin ke titik di mana foton ambien di alam semesta tidak lagi cukup energik untuk membuat hidrogen terionisasi. Ini menghasilkan salah satu perubahan fase pertama yang benar-benar hebat dalam keadaan unsur hidrogen selama sejarah alam semesta kita.
Cahaya Pertama di Semesta
Pada masa-masa awal alam semesta, sebelum ada bintang-bintang pertama, hanya ada hidrogen dan materi gelap yang mengambang bebas.
Materi gelap adalah materi tak kasat mata yang hanya berinteraksi dengan gravitasi. Pada suatu waktu, gravitasi membuat area padat materi gelap mengalami keruntuhan, sehingga menyebabkan hidrogen di sekelilingnya ikut menyatu membentuk gumpalan.
Dari gumpalan ini, cikal bakal bintang mulai memanas. Dan ketika sudah cukup panas, terjadi lah proses fusi nuklir di intinya, terbentuk lah bintang-bintang pertama di alam semesta kita. Bintang-bintang ini berjumlah cukup banyak, mereka pada awalnya membentuk gugusan bintang.
Nah, dari gugusan bintang itu lah kelak menjadi galaksi-galaksi yang kita kenal. Bahkan, gugusan bintang juga dijuluki sebagai "bayi" galaksi. Hal yang membedakan antara gugus bintang dengan galaksi hanya jumlah bintangnya saja, dengan galaksi memiliki lebih banyak bintang.
Dari sini, dapat disimpulkan bahwa yang lebih dulu terbentuk tentu saja adalah bintang.
Pembentukan bintang-bintang pertama dan galaksi-galaksi pertama membawa beberapa perubahan mendasar di alam semesta Pertama, bintang-bintang ini memberi alam semesta sumber unsur pertama yang lebih berat daripada berilium.
Kondisi awal Big Bang tidak sesuai untuk pembentukan unsur yang lebih berat. Unsur-unsur berat tersebut dapat dengan mudah dihasilkan di inti bintang masif yang kemudian dikeluarkan ke alam semesta di sekitarnya ketika bintang-bintang ini meledak sebagai supernova.
Perubahan besar kedua dari generasi bintang-bintang pertama ini adalah adanya foton berenergi tinggi ke alam semesta. Sebelumnya, alam semesta terakhir melihat foton berenergi tinggi seperti itu selama 380.000 tahun pertama alam semesta ketika alam semesta masih sangat panas dan hidrogen masih ada dalam keadaan terionisasi.
Foton berenergi tinggi ini memulai proses reionisasi hidrogen di alam semesta. Proses reionisasi ini diperkirakan dimulai beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang dan selesai sekitar 600 juta tahun kemudian.
Generasi pertama galaksi kecil yang terbentuk dari gugusan bintang kemungkinan besar muncul sekitar 400 juta tahun setelah Big Bang. Setelah fase awal pembentukan galaksi ini, galaksi-galaksi kemudian melewati fase tabrakan dan penggabungan dengan galaksi lain, di mana mereka terbentuk dari ukuran kecil hingga membesar karena tabrakan itu.
Sayangnya, ada hal-hal yang belum diketahui oleh para astronom nih. Pertama, kita tidak tahu persis seberapa cepat setelah Big Bang gumpalan materi gelap dan gas terbentuk. Kedua, kita tidak tahu seberapa banyak materi gelap yang diperlukan untuk menarik cukup banyak gas untuk membentuk bintang-bintang awal.
Sumber:
- Hirano, S., & Bromm, V. (2018). Baryon-dark matter scattering and first star formation. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, 480(1), L85-L89.
- Park, C., Lee, J., Kim, J., Jeong, D., Pichon, C., Gibson, B. K., ... & Few, C. G. (2022). Formation and Morphology of the First Galaxies in the Cosmic Morning. arXiv preprint arXiv:2202.11925.
- Rubakov, V. A., & Gorbunov, D. S. (2018). Introduction to the Theory of the Early Universe: Hot big bang theory.