Star Light, Star Bright

Ide berharap pada bintang adalah takhayul yang sangat kuno. Banyak anak-anak bermata lebar – dan juga beberapa orang dewasa yang malang – mengharapkan sebuah penembakan atau jatuhnya bintang dalam upaya membuat sulap bagi mereka. Tetapi bintang-bintang tidak bercahaya supranatural cahaya berkilauan seperti malaikat di langit malam yang jernih. Bintang benar-benar bola pijar raksasa gas panas-sekering panas. Mereka tidak dapat mendengar kami, dan tentu saja tidak bisa mengabulkan keinginan. Namun, bintang-bintang telah melakukan jauh lebih banyak bagi kita daripada hanya itu – kehidupan kita.

Miliaran dan milyaran bintang yang berada di alam semesta kita terutama terdiri dari hidrogen – unsur paling ringan dalam Tabel Periodik – yang mereka ubah dalam inti nuklirnya menjadi hal yang lebih berat, melalui proses yang disebut "nukleosintesis bintang". Bagaimana bintang-bintang pertama di alam semesta kita dilahirkan? Seberapa besar mereka? Seperti apa mereka?

Bintang-bintang pertama tidak seperti bintang yang kita kenal sekarang; mereka terbentuk langsung dari gas primordial paling ringan – hidrogen dan helium – yang lahir di alam Big Bang yang panas di alam semesta hampir 14 miliar tahun lalu. Faktanya, satu-satunya unsur atom yang terbentuk di inferno Big Bang adalah hidrogen, helium, dan jejak jumlah litium. Elemen-elemen lain dari Tabel Periodik dimasak jauh di dalam hati bintang-bintang, interior panas mereka yang bersinar semakin menyatukan inti atom untuk membentuk elemen yang lebih berat dan lebih berat. Tanpa unsur-unsur berat yang dihasilkan oleh bintang-bintang alam semesta kita, tidak akan ada kehidupan. Kami tidak akan berada di sini. Semua karbon yang menjadi dasar kehidupan di Bumi, oksigen yang kita hirup, unsur-unsur yang menyusun batu, tanah, dan pasir di bawah kaki kita, tercipta jauh di dalam hati bintang-bintang kuno, miliaran, dan miliaran tahun silam. Kami terbuat dari barang-bintang. Ketika bintang-bintang yang sangat besar mati, mereka tidak berjalan dengan baik di malam yang baik itu, tetapi meledakkan diri mereka dalam ledakan supernova yang luar biasa. Ketika bintang besar pergi supernova mereka melemparkan kumpulan unsur berat yang baru terbentuk ke luar angkasa. Bintang-bintang pertama sangat intens, mungkin seberat ratusan kali lebih banyak dari Matahari kita sendiri. Mereka hidup cepat dan mati muda. Semakin besar bintangnya, semakin pendek umurnya. Ketika bintang-bintang pertama pergi supernova, mereka meledakkan batch unsur-unsur berat yang baru terbentuk – sangat diperlukan untuk munculnya kehidupan – ke dalam Cosmos.

Hidrogen dan helium digambar bersama untuk menciptakan simpul-simpul gas yang terikat gravitasi. Inti dari protostars pertama di alam semesta kita dinyalakan di dalam hati yang dingin dan gelap dari simpul padat dari gas primordial murni ini. Simpul-simpul gelap yang kaku runtuh karena berat gravitasinya sendiri, sampai api nuklir yang mulai memanas mulai terbakar. Banyak kosmolog berpikir bahwa bintang-bintang pertama berani intens (dibandingkan dengan bintang-bintang di alam semesta hari ini), karena mereka tidak membentuk unsur-unsur yang sama, dan tidak terbentuk dengan cara yang sama, seperti yang dilakukan oleh bintang sekarang. Anggota bintang generasi pertama disebut bintang "Populasi III". Matahari kita adalah anggota dari populasi bintang yang paling baru, dan merupakan apa yang disebut bintang "Kependudukan I". Di antara bintang-bintang pertama, dan generasi terbaru bintang-bintang seperti Matahari kita, bintang-bintang "Populasi II" yang tepat dinamai.

Generasi bintang yang paling kuno tidak terbakar sampai sekitar 100 juta tahun setelah Big Bang. Bagaimana transisi dramatis dari kegelapan menuju cahaya terjadi? Setelah beberapa dekade pengamatan, simulasi, dan perhitungan, para peneliti baru-baru ini membuat kemajuan signifikan dalam upaya mereka untuk menjawab pertanyaan ini. Dengan menggunakan teknik simulasi komputer canggih, para ahli kosmologi telah membangun model-model cerdik yang mengungkap bagaimana generasi pertama dari bintang-bintang mungkin telah lahir. Pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan teleskop-teleskop darat-darat dan luar angkasa yang luas juga telah menyelidiki sejarah kosmik kembali ke waktu yang jauh ketika Alam Semesta kurang dari sepersepuluh dari usianya sekarang.

Detektif ilmiah yang hebat Albert Einstein pernah berkata bahwa "Hal terindah yang bisa kita alami adalah yang misterius. Berdiri dengan penuh kagum sama baiknya dengan mati: Matanya tertutup."

Kelahiran bintang-bintang pertama adalah salah satu misteri terbesar yang menghantui para kosmolog masa kini. Saat ini yang paling luas berpikir bahwa bintang III populasi kuno tidak hanya sangat besar, tetapi juga sangat mempesona, dan kemunculannya terutama bertanggung jawab untuk mengubah alam semesta kita dari apa itu menjadi seperti sekarang. Materi atom biasa yang lahir di Big Bang dan kemudian dimasak di hati bintang terdiri dari proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron terikat bersama menjadi inti atom yang dikelilingi oleh awan elektron. Hidrogen terdiri dari hanya satu proton dan satu elektron. Helium terdiri dari dua proton, dua neutron, dan dua elektron. Karbon terdiri dari enam proton, enam neutron, dan enam elektron. Elemen yang lebih berat, seperti besi, timbal, dan uranium, mengandung jumlah proton, neutron, dan elektron yang lebih besar.

The "metallicity" dari bintang mencerminkan persentase dari materi yang terdiri dari unsur-unsur kimia lebih berat daripada hidrogen dan helium. Karena bintang, yang menjelaskan sebagian besar materi yang terlihat di alam semesta, terutama terdiri dari hidrogen dan helium, para astronom dan kosmolog menggunakan (untuk kenyamanan) istilah "logam" yang mencakup semua saat menunjukkan semua elemen dalam Tabel Periodik yang lebih berat dari hidrogen dan helium. Baik hidrogen dan helium dilahirkan di Big Bang – elemen yang lebih berat terbentuk di hati bintang-bintang Universe kita yang berelemen nuklir, atau dalam kehancuran eksplosif mereka. Oleh karena itu, istilah "logam", dalam jargon astronomi, memiliki arti yang berbeda dari istilah yang sama untuk seorang ahli kimia. Sebuah nebula (awan) yang sarat muatan nitrogen, neon, karbon, dan oksigen akan disebut "kaya logam" oleh seorang ahli astronomi, meskipun unsur-unsur itu bukan logam bagi seorang ahli kimia. Di sini, istilah ini tidak harus bingung dengan definisi kimia "logam"; ikatan logam tidak mungkin dalam hati bintang-bintang yang panas, dan ikatan kimia yang sangat kuat hanya mungkin di lapisan luar "bintang" dingin, seperti katai coklat, yang bahkan bukan bintang dalam arti kata yang paling ketat karena , meskipun mereka mungkin terbentuk sebagai bintang-bintang yang sebenarnya, mereka terlalu lemah untuk api nuklir-fusing mereka untuk menyala. Tingkat metallicity dari bintang dapat memberi tahu astronom umurnya. Ketika Semesta pertama kali muncul, materi atom hampir seluruhnya adalah hidrogen yang, melalui nukleosintesis primordial, memproduksi sejumlah besar helium dan melacak jumlah lithium dan berilium – dan tidak ada unsur yang lebih berat. Oleh karena itu, bintang yang lebih tua (seperti Population II dan III stars) memiliki metallicities yang lebih rendah daripada bintang yang lebih muda (Population I) seperti Matahari kita sendiri.

Populasi bintang I, II, dan III, menunjukkan penurunan kandungan logam dengan bertambahnya usia. Karena itu, bintang Populasi I, yang termuda di alam semesta, memiliki kandungan logam tertinggi. Bintang-bintang pertama yang terbakar di alam semesta (Populasi III) habis dari logam. Bintang II populasi sangat kuno, tetapi tidak setua bintang Populasi III, atau semuda bayi kita yang goyang matahari. Bintang II populasi menanggung logam yang dihasilkan oleh bintang generasi pertama.

Meskipun bintang yang lebih tua membawa lebih sedikit unsur miskin daripada bintang yang lebih muda, fakta bahwa semua bintang yang sejauh ini diamati oleh para astronom memiliki setidaknya beberapa logam, menyajikan misteri yang lezat. Penjelasan yang disukai saat ini untuk pengamatan misterius ini adalah bahwa bintang-bintang Populasi III harus dilaksanakan agar unsur-unsur yang lebih berat ini telah diproduksi – meskipun tidak satu bintang Populasi III yang pernah diamati! Menurut garis penalaran ini, agar bintang-bintang Populasi II – yang telah diamati – untuk membawa jumlah logam mereka yang relatif sedikit, logam mereka harus dibuat di dalam hati yang memadukan nuklir dari generasi bintang yang sudah ada sebelumnya. Segera setelah kelahiran Big Bang di alam semesta kita, tidak ada logam. Oleh karena itu, dihipotesiskan bahwa hanya bintang dengan massa ratusan kali dari Matahari kita yang bisa lahir di alam semesta yang sangat kuno. Menjelang akhir kehidupan pembakaran hidrogen (urutan utama), bintang-bintang pertama ini menyatukan 26 elemen pertama hingga menyetrika di Tabel Periodik melalui nukleosintesis bintang.

Karena massanya yang besar, model bintang saat ini menunjukkan bahwa bintang III Penduduk kuno akan dengan cepat membakar pasokan bahan bakar hidrogen dan meledak dalam supernova yang sangat keras. Ledakan-ledakan yang sangat keras itu akan benar-benar berserakan di seluruh alam semesta, menembakkan logam-logam yang baru dipalsukan di seluruh Alam Semesta yang sebelumnya murni untuk dimasukkan ke dalam generasi-bintang generasi berikutnya – bintang-bintang yang kita amati, dan harapkan, hari ini. Tidak ada bintang III populasi yang pernah diamati karena massa besar yang dihipotesiskan. Karena bintang-bintang ini hidup cepat dan mati-matian, mereka mati muda, dan begitu meledakkan diri menjadi hancur berkeping-keping dalam ledakan-ledakan supernova yang hebat di alam semesta yang sangat kuno. Di sini, bintang III Populasi hanya dapat diamati tinggal di galaksi paling terpencil yang mendiami alam semesta awal, dan menemukan bintang-bintang seperti itu atau membangun ketidakberadaan mereka sangat sulit.

Sebagai generasi generasi bintang yang lahir di alam semesta, mereka menjadi semakin lebih kaya logam, karena awan bermuatan gas dari mana mereka dilahirkan diberikan dengan debu yang diperkaya logam yang dimasak oleh generasi bintang sebelumnya dalam peleburan nuklir mereka. hati. Bintang termuda, seperti Matahari kita sendiri, oleh karena itu memiliki kandungan logam terbesar di alam semesta kita saat ini. Namun, ini harus dijaga dalam perspektif yang tepat. Bahkan bintang yang kaya logam hanya mengandung sejumlah kecil unsur apa pun yang lebih berat daripada hidrogen atau helium. Faktanya, logam (dalam arti astronomi) hanya merupakan persentase yang sangat kecil dari keseluruhan komposisi kimia alam semesta.

Meskipun secara umum diyakini bahwa bintang-bintang Penduduk III kuno sangat besar, kosmolog sama sekali tidak sepenuhnya sepakat tentang masalah ini. Namun, karena bintang yang lebih kecil hidup lebih lama daripada yang lebih besar, itu akan menjelaskan mengapa tidak pernah ada bintang bermassa rendah logam bebas yang diamati oleh para astronom. Jika bintang III Populasi kecil, beberapa dari mereka harus tetap mengambang di sekitar alam semesta kita hari ini.

Ada cerita yang indah untuk diceritakan di sini, kepada siapa saja yang ingin memahami alur cerita. Alam Semesta kita lahir hampir 14 miliar tahun yang lalu di Big Bang, dan tumbuh dari remah mikroskopis kecil menjadi sebuah entitas di mana bintang-bintang pijar bisa lahir, menggantung seperti pernak-pernik berkilauan dalam miliaran dan milyaran galaksi. Unsur-unsur yang memungkinkan kehidupan dapat dimasak perlahan di hati bintang-bintang yang sangat kuno, yang kemudian melemparkan elemen-elemen yang baru dipalsukan ini ke luar angkasa ketika mereka menjadi supernova. Beberapa unsur berat yang baru terbentuk ini akhirnya bergabung bersama dan bercampur di Planet kecil, berair, biru pucat, mengedarkan bintang emas yang menyala-nyala, berdiam di galaksi spiral yang khas. Sekitar 300.000.000 tahun yang lalu, organisasi leluhur manusia pertama kali berbaris membawa Great Crawl mereka yang luar biasa dari lautan prime laut Bumi, yang pernah berevolusi menjadi makhluk yang hidup di darat. Transisi dari ikan ke vertebrata berkaki (tetrapoda) terjadi sekitar 370.000.000 tahun yang lalu, ketika "Tiktaalik Roseae", lebih dikenal sebagai "fishapod", muncul dari lautan kuno dan subur di Bumi kita. Itu adalah ikan, tetapi ikan dengan sirip yang tertekuk dan melebar seperti lengan dan tangan. Itu adalah binatang yang rata, buaya yang luar biasa buaya. Ratusan juta tahun kemudian beberapa keturunannya akan berevolusi menjadi kita, mahluk darat yang mampu bertanya-tanya tentang Alam Semesta, mampu mengamati planet-planet yang mengelilingi bintang jauh di luar Matahari kita, di mana kehidupan mungkin juga telah berevolusi dari zat-zat tak hidup. "Fishapod" kecil yang tampak konyol itu meninggalkan jejak perjalanannya yang penting di lumpur dekat laut kuno. Kadang-kadang, selama ribuan tahun, catatan perjalanan ini membeku di batu. Jutaan dan jutaan tahun kemudian, keturunan hewan kecil yang lucu itu akan meninggalkan jejak perjalanan penting lainnya dalam debu Bulan.

Sebagai fisikawan Dr. David A. Clarke dan rekan-penulisnya mencatat dalam artikel "Astrophysical Jets", sebuah publikasi dari Asosiasi Fisikawan Kanada: "Alam telah menyusun berbagai mekanisme yang dapat membuat Semesta sadar diri, dan di mana umat manusia bisa muncul dari abu supernova kuno dan kembali ke surga untuk merenungkan asal-usulnya. "