SOFIA Mengamati Pembentukan Bintang Terkini di Pusat Galaksi Bima Sakti

SOFIA Mengamati Pembentukan Bintang Terkini di Pusat Galaksi Bima Sakti

Para peneliti menggunakan Observatorium Stratosferik untuk Astronomi Inframerah (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA) telah mengambil gambar terbaru cincin gas dan debu dengan garis tengah berukuran 7 tahun cahaya mengelilingi lubang hitam supermasif di pusat galaksi Bima Sakti dan gugus bintang di dekatnya, kumpulan dari bintang muda yang sangat terang diselimuti “kepompong” dari debu.

Gambar cincin sirkum nuklir (circumnuclear ring, CNR) dan gugus bintang quintuplet (Quintuplet cluster, QC) merupakan pokok bahasan dua buah poster yang disajikan pada pertemuan Masyarakat Astronomi Amerika (American Astronomical Society) di Long Beach, California dua minggu lalu. Ryan Lau dari Cornell University dan kolaborator mempelajari CNR. Matt Hankins dari University of Central Kansas di Conway adalah penulis utama paper yang lain mengenai QC.

SOFIA adalah pesawat Boeing 747 SP yang dimodifikasi dan membawa teleskop dengan garis tengah efektif 2,54 m hingga ketinggian mencapai 13,7 km. Gambar-gambar tersebut diperoleh selama penerbangan SOFIA tahun 2011 dengan menggunakan peralatan Kamera Inframerah Obyek Redup untuk teleskop SOFIA (Faint Object Infrared Camera for the SOFIA Telescope, FORCAST) yang dibuat oleh tim yang dipimpin oleh peneliti utama Terry Herter dari Cornell.

FORCAST menawarkan astronom dengan kemampuan untuk melihat CNR dan QC dan fitur eksotis kosmik lainnya dimana cahaya dapat diserap uap air di atmosfer Bumi dan awan debu antar bintang di bidang tengah piringan galaksi Bima Sakti. Observatorium landas bumi di gunung yang tinggi atau teleskop Hubble dan Spitzer tidak dapat melihat obyek tersebut.

Gambar-gambar dapat dilihat dengan mengunjungi NASA atau SOFIA.  Setiap gambar adalah kombinasi dari beberapa gambar pada panjang gelombang 20, 32, dan 37 mikron.

Gambar 1a : Gambar inti galaksi Bima Sakti dalam panjang gelombang infrared menengah SOFIA/FORCAST menunjukkan cincin sirkum nuklir (CNR) gas dan awan debu yang mengelilingi lubang hotam supermasif. Fitur berbentuk Y yang terang dipercaya merupakan material yang jatuh dari cincin menuju lubang hitam yang terletak dimana kedua lengan fitur “Y” bertemu. Kredit: NASA/DLR/USRA/DSI/FORCAST Team/Lau dkk. 1 pc (parsek) = 3,3 tahun cahaya = 25 detik busur pada jarak pusat galaksi 8.300 parsek.
Gambar 1b : Gambar inframerah dekat HST/NICMOS menunjukkan daerah yang sama dengan skala dan orientasi seperti Gambar 1a. Pada panjang gelombang ini, debu yang ada di bidang galaksi Bima Sakti menyembunyikan fitur yang terlihat pada gambar SOFIA. Sebaliknya, bintang-bintang pada gambar dari teleskop ruang angkasa Hubble umumnya mengeluarkan cahaya tampak dan inframerah dekat sehingga tidak terlihat pada gambar inframerah menengah SOFIA. Opasitas tambahan karena konsentrasi debu yang padat di CNR menghasilkan daerah-daerah kecil yang memiliki kerapatan bintang lebih rendah pada gambar inframerah dekat. Kredit: NASA/ESA/STScI/AURA.

Gambar 2a Gambar infrared menengah dari SOFIA/FORCAST dari daerah yang meliputi gugus Quintuplet, sebuah kumpulan bintang-bintang muda berada dekat di pinggir sebelah kiri gambar, terletak sekitar 35 parsek (100 tahun cahaya) dari inti galaksi. Obyek yang kompak dan terang dan berwarna putih dan biru adalah “cocoon” awan debu yang dipanaskan oleh bintang paling terang di gugus hingga temperatur yang membuat mereka sangat terang pada panjang gelombang inframerah menengah. Fitur lain di gambar ini adalah awan dan debu antar bintang. Fitur berbentuk bundar dan besar di bawah gugus quintuplet adalah awan sisa lontaran material yang mengembang dari sebuah bintang masif yang hampir mati.
Gambar 2b Gambar daerah gugus Quintuplet menggunakan HST/NICMOS dengan medan pandang yang sama dengan SOFIA/FORCAST pada gambar 2a. Gugus Quintuplet sendiri terletak di sebelah kiri gambar. Sebagian besar fitur pada gambar SOFIA tidak terlihat pada gambar HST karena temperaturnya yang rendah dan debu antar bintang.

Gambar 1a menunjukkan CNR dan gambar 2a menunjukkan QC. CNR dan fitur eksotis lain yang di amati oleh kamera FORCAST tidak dapat dilihat dengan menggunakan kamera inframerah dekat teleskop Hubble seperti ditunjukkan pada perbandingan gambar 1b dan 2b. Gambar 3 menunjukkan dua buah medan yang dipelajari pada kedua paper tersebut yang ditunjukkn dengan kotak inset pada gambar pusat galaksi skala besar yang dibuat dari gambar teleskop ruang angkasa Spitzer pada panjang gelombang inframerah 8 mikron.

Gambar 3: Gambar medan luas pusat galaksi dari teleskop ruang angkasa Spitzer pada panjang gelombang antara gambar SOFIA/FORCAST dan HST/NICMOS. Posisi gugus Quintuplet dan cincin sirkum nuklir dan orientasinya ditunjukkan pada gambar tersebut. Pengaruh dari ukuran teleskop dan digabungkan dengan sensitivitas membuat lebih mudah untuk mempelajari fitur individu dari gugus quintuplet dan cincin sirkum nuklir pada panjang gelombang inframerah menengah dengan menggunakan gambar dari SOFIA daripada Spitzer. Kredit: NASA/Caltech-JPL

“Tujuan utama studi kami adalah menentukan struktur cincin sirkum nuklir dengan ketelitian melebihi studi sebelumnya dengan menggunakan SOFIA” kata Lau. “Dengan menggunakan data ini kita dapat mempelajari proses yang dapat mempercepat dan memanaskan cincin tersebut.”

Inti galaksi Bima Sakti dihuni oleh lubang hitam dengan massa 4 juta kali massa Matahari dan dikelilingi oleh piringan gas dan debu yang besar. CNR yang ditunjukkan di gambar 1a adalah bagian dalam dari piringan tersebut. Pusat galaksi Bima Sakti juga merupakan rumah beberapa gugus bintang yang besar terdiri dari bintang muda yang terang, salah satu di antaranya adalah gugus bintang Quintuplet ditunjukkan pada gambar 2. Gabungan teleskop SOFIA dengan kamera FORCAST menghasilkan gambar tertajam daerah tersebut yang pernah diperoleh pada panjang gelombang inframerah menengah, sehingga memudahkan penilaian petunjuk-petunjuk baru mengenai apa yang terjadi di dekat lubang hitam.

“Sesuatu yang sangat besar terjadi di pusat galaksi Bima Sakti selama 4 hingga 6 juta tahun yang lalu yang menghasilkan beberapa episode pembentukan bintang, menghasilkan gugus Quintuplet, gugus Central, dan satu gugus masif lainnya” ujar Hankins, penulis utama dari paper QC. “Banyak galaksi lain yang juga memiliki ‘starburst’ (proses pembentukan bintang baru dengan laju pembentukan bintang yang sangat cepat) di daerah pusatnya, beberapa dihubungkan dengan lubang hitam di pusat, untuk beberapa galaksi yang lain tidak. Pusat Bima Sakti lebih dekat dibandingkan dengan galaksi lain, sehingga lebih mudah untuk meneliti kemungkinan hubungan antara starburst dan lubang hitam.”

Ketua Penasehat Keilmuan SOFIA Eric Becklin, yang bekerja dengan grup CNR, menentukan posisi inti Bima Sakti ketika dia menjadi mahasiswa doktoral pada tahun 1960-an dengan memindai sebuah detektor inframerah piksel-tunggal untuk memetakan daerah pusat Bima Sakti.

“Daya pisah dan cakupan spasial dari gambar-gambar ini sangat hebat, menunjukkan apa yang detektor inframerah modern dapat lakukan ketika diterbangkan dengan menggunakan SOFIA” ujar Becklin. “Kita berharap dapat menggunakan data ini untuk meningkatkan pemahaman kita mengenai daerah di dekat lubang hitam supermasif.”

SOFIA adalah proyek gabungan NASA dan Pusat Antariksa Jerman. SOFIA bermarkas dan diatur di fasilitas operasi pesawat terbang Dryden milik NASA di Palmdale, California. Pusat Riset Ames di Moffet field, California, mengatur sains SOFIA dan operasi misi bekerjasama dengan Asosiasi Penelitian Angkasa luar Universitas yang bermarkas besar di Columbia, Maryland, dan Institut SOFIA Jerman di Universitas Stuttgart.