Kesan artis tentang bintang muda yang dikelilingi oleh disk protoplanet. Ketika fusi nuklir pertama kali dinyalakan di inti pusat Matahari, Tata Surya kita mungkin terlihat sangat mirip dengan ini. (ESO / L. CALÇADA)

Bagaimana Rasanya Ketika Tata Surya Kita Pertama Kali Terbentuk?

Apa yang terjadi 4,56 miliar tahun lalu adalah bagian terpenting dari kisah kosmik yang pernah terjadi pada kita.

Jika Anda melihat Alam Semesta kita pada saat Tata Surya kita terbentuk, tidak ada yang tampak luar biasa. Bimasakti akan tampak relatif terisolasi: anggota terbesar kedua dari kelompok galaksi yang relatif kecil. Galaksi kerdil yang kecil akan terlihat perlahan bergabung dan diakuisisi oleh galaksi yang lebih besar, seperti yang terjadi di seluruh Semesta. Dan di seluruh Bimasakti, ratusan miliar bintang sudah bersinar, dengan gumpalan gas kadang-kadang berkontraksi di sepanjang lengan spiral untuk memicu gelombang baru pembentukan bintang. Ada puluhan hingga ratusan wilayah ini yang aktif di galaksi kita setiap saat.

Di salah satu daerah itu, 9,2 miliar tahun setelah Big Bang, Matahari, planet, dan Tata Surya kita terbentuk. Beginilah rasanya ketika Semesta menciptakan apa yang akan menjadi kita.

Protobintang M17-SO1 yang sangat muda, seperti dicitrakan dengan teleskop Subaru. Objek yang baru terbentuk ini disebabkan oleh awan gas yang runtuh dan suatu hari akan menjadi bintang, tetapi belum menjadi satu. (SUBARU / NAOJ)

Awan gas telah berkontraksi untuk membentuk bintang selama lebih dari 99% dari sejarah Semesta, tetapi sistem seperti kita tidak selalu memungkinkan. Butuh generasi bintang yang hidup dan sekarat, membakar bahan bakarnya, pergi supernova, meniup lapisan luarnya, dan memiliki tabrakan kerdil putih-putih dan bintang-bintang neutron-tabrakan bintang neutron terjadi untuk mengisi galaksi kita dengan unsur-unsur berat. butuhkan untuk hidup.

Hanya dengan bahan-bahan mentah ini di tempat Tata Surya kita memiliki potensi untuk menimbulkan kita. Tetapi agar kita bisa eksis dengan properti yang kita miliki, banyak hal lain harus berbaris tepat.

Galaksi spiral berbentuk kira-kira seperti pancake: gas di dalamnya berbentuk cakram tipis yang lebih rapat ke pusat dan kurang padat di pinggiran. Ketika mereka berputar, bagian dalam berputar lebih banyak daripada bagian luar; galaksi berputar secara berbeda, bukan seperti catatan berputar.

Unsur terberat istimewa mengarah ke daerah pusat, sedangkan elemen yang lebih ringan berakhir di pinggiran. Tata Surya kita terbentuk dari awan gas sekitar setengah menuju tepi cakram, sekitar 25.000 tahun cahaya dari pusat, di bagian tengah cakram jika Anda mengirisnya dengan bijaksana. Ketika Tata Surya kita pertama kali terbentuk, kita terbuat dari sekitar 70% hidrogen dan 28% helium, dan hanya sekitar 2% dari semuanya digabungkan. Tetap saja, ini sudah lama terjadi sejak Big Bang, di mana semuanya adalah 75% hidrogen, 25% helium, dan praktis tidak ada yang lain.

Terdiri dari gas dan debu, pilar foto berada di pembibitan bintang yang menggelora yang disebut Nebula Carina, yang terletak 7.500 tahun cahaya di konstelasi selatan Carina, seperti dicitrakan dalam cahaya tampak oleh Hubble. Bintang-bintang yang terbentuk di dalamnya cenderung memiliki rasio unsur yang sama satu sama lain, dengan unsur-unsur yang lebih berat daripada yang dimiliki Matahari kita. (NASA, ESA DAN TIM ERO SM4 HUBBLE)

Cara sebagian besar bintang terbentuk dalam galaksi seperti galaksi kita - dalam galaksi spiral berevolusi yang relatif tenang - adalah ketika awan gas di cakram melewati salah satu lengan spiral. Materi disalurkan ke awan-awan ini, menyebabkannya mencapai kerapatan yang bahkan lebih besar dari rata-rata, yang seringkali dapat memicu keruntuhan gravitasi. Ketika keruntuhan terjadi, awan-awan gas ini, yang dapat berkisar dari ribuan hingga jutaan kali massa Matahari, mulai terpecah menjadi segumpal gumpalan kecil.

Rumpun terbesar untuk bentuk pertama mulai menarik sebagian besar materi, dan mereka tumbuh menjadi bintang terbesar. Gumpalan kecil tumbuh lebih lambat, dan gumpalan yang bergabung bersama akan melihat pertumbuhannya meningkat. Di dalam wilayah pembentuk bintang ini, sebuah perlombaan mulai terjadi: antara gravitasi, bekerja untuk membentuk dan menumbuhkan bintang, dan radiasi, yang dipancarkan oleh bintang terpanas ke bentuk baru.

Nebula Elang berisi ribuan bintang baru, gugusan bintang pusat yang cemerlang, dan berbagai butiran gas yang menguap yang mengandung formasi bintang aktif dan bintang muda cemerlang mereka sendiri. (NASA / ESA & HUBBLE; ALAT WIKISKY)

Seiring waktu, menjadi jelas siapa yang akan menjadi pemenang besar: bintang-bintang yang paling masif dapat puluhan atau bahkan ratusan kali lebih besar dari Matahari kita, dan dapat memancarkan radiasi ribuan hingga jutaan kali lebih terang dari bintang kita sendiri. Ini adalah raksasa yang akan menghancurkan daerah pembentuk bintang aktif dengan menguapkan gasnya.

Tetapi gravitasi adalah pesaing yang ulet. Ini menarik gas ke berbagai daerah. Sementara nebula besar yang membentuk bintang dapat membentuk puluhan atau bahkan ratusan bintang bermassa tinggi, bintang itu akan membentuk ratusan kali lebih banyak bintang bermassa rendah. Sementara bintang-bintang yang paling terang, terpanas, dan paling biru mendapatkan semua perhatian sejak dini, mereka hanyalah kilasan di skala kosmik. Dalam beberapa juta tahun, mereka semua akan pergi.

Sebuah bintang raksasa tunggal, Herschel 36, bersinar seterang 200.000 Matahari dikombinasikan di jantung Nebula Laguna. Sementara cahaya tampak (L) mengungkapkan keberadaan gas dan debu pada suhu yang berbeda dan terdiri dari unsur-unsur yang berbeda, pandangan inframerah di sebelah kanan menunjukkan kelimpahan luar biasa dari bintang-bintang yang tersembunyi di balik nebulositas di bagian spektrum yang terlihat. Bintang-bintang di dalam nebula ini tidak sepenuhnya dapat diselesaikan oleh Hubble pada panjang gelombang yang dapat diakses, tetapi James Webb akan sampai di sana. Bintang masif Herschel 36 kemungkinan akan mati sebelum bintang-bintang di dalamnya bahkan selesai terbentuk. (NASA, ESA, DAN STSCI)

Mereka mengatakan bahwa api yang menyala dua kali lebih terang hanya membakar setengahnya saja, tetapi untuk bintang-bintang, itu bahkan lebih buruk dari itu. Bintang yang dua kali lebih besar dari bintang lainnya membakar bahan bakarnya sekitar delapan kali lebih cepat. Dibandingkan dengan bintang seperti Matahari, yang mungkin bertahan selama 10-12 miliar tahun, bintang yang puluhan atau bahkan ratusan kali lebih besar akan hidup paling lama beberapa juta tahun.

Sementara Tata Surya awal kita masih menarik materi, tumbuh, dan bekerja runtuh untuk membentuk bintang pusat yang mengorbit oleh planet-planet, bintang-bintang paling masif di sekitarnya terbakar habis-habisan melalui bahan bakarnya, supernova, dan mengakhiri bintang-bintang. formasi di lingkungan sekitarnya. Alam Semesta adalah tempat yang keras, dan daerah pembentuk bintang adalah beberapa tempat yang paling kejam dari semuanya.

Sistem klasifikasi bintang berdasarkan warna dan besarnya sangat berguna. Dengan mensurvei wilayah lokal kami di Semesta, kami menemukan bahwa hanya 5% bintang yang lebih besar atau sama dengan massa Matahari kita. Ribuan kali bercahaya seperti bintang katai merah paling redup, tetapi bintang-O paling masif jutaan kali lebih terang dari Matahari. (KIEFF / LUCASVB OF WIKIMEDIA COMMONS / E. SIEGEL)

Tetapi Tata Surya kita juga tidak tepat pada hal-hal kelas bawah. Gumpalan materi sentral yang akan tumbuh menjadi Matahari kita mulai lebih besar, lebih awal, dan tumbuh lebih cepat daripada sebagian besar gumpalan yang ada. Jika kita melihat Matahari kita, hari ini, dan membandingkannya dengan semua bintang lain di Semesta, inilah fakta yang mengejutkan tentang itu: Matahari lebih masif daripada 95% dari semua bintang di sana.

Faktanya, di suatu tempat antara 75% dan 80% dari semua bintang adalah bintang katai merah (kelas-M): kelas bermassa terendah, paling keren, dan terkecil di luar sana. Dari sisa bintang-bintang, lebih dari setengahnya adalah kelas berikutnya: kelas-K, yang masih lebih kecil, kurang masif, dan lebih dingin dari Matahari kita. Jumlah materi yang menggumpal bersama untuk mengarah pada kita berada di atas rata-rata dalam hal massa, dan tipikal dalam satu cara yang sangat penting: kita sendirian.

Daerah pembentuk bintang, seperti yang ada di dalam Nebula Orion, dalam cahaya tampak (L) dan cahaya inframerah (R), adalah ciri khas tempat sistem bintang, termasuk bintang tunggal seperti kita dan biner, trinary, dan bahkan sistem multi-bintang yang lebih besar dibuat. (NASA; KL LUHMAN (PUSAT HARVARD-SMITHSONIAN UNTUK ASTROPHYSICS, CAMBRIDGE, MASS.); DAN G. SCHNEIDER, E. YOUNG, G. RIEKE, A. COTERA, H. CHEN, M. RIEKE, R. THOMPSON (STEWARD OBSERVATORY , UNIVERSITAS ARIZONA, TUCSON, ARIZ.); NASA, CR O'DELL DAN SK WONG (UNIVERSITAS BERAS))

Di sebagian besar wilayah pembentuk bintang besar yang kita temukan di galaksi-galaksi seukuran Bima Sakti, ribuan bintang baru lahir. Dari jumlah tersebut, banyak dari mereka akan terikat bersama dalam sistem multi-bintang, sementara sekitar setengahnya, total, akan menjadi bintang tunggal tanpa pendamping bintang lain. Kami mempelajari ini relatif baru-baru ini, dengan melihat bintang-bintang terdekat ke Bumi, berkat kolaborasi yang dikenal sebagai RECONS.

Konsorsium Penelitian Ulang Bintang Terdekat (RECONS) mensurvei semua bintang yang dapat mereka temukan dalam 25 parsec (sekitar 81 tahun cahaya), dan menemukan total 2.959 bintang. Dari mereka, 1533 adalah sistem bintang tunggal, tetapi 1426 sisanya terikat ke sistem biner, trinary, atau bahkan lebih kompleks.

Mengapa Matahari kita sistem bintang tunggal, bukan sistem multi bintang? Kesempatan murni.

Diagram ini menunjukkan evolusi bintang massa matahari satu pada diagram H-R dari fase pra-main-urutan ke akhir fusi. Setiap bintang dari setiap massa akan mengikuti kurva yang berbeda, tetapi butuh jutaan tahun untuk awan gas yang akan menjadi Matahari kita untuk menetap dan memulai fusi. (WIKIMEDIA COMMONS USER SZCZUREQ)

Seiring berlalunya waktu, fragmen awan gas yang berubah menjadi Tata Surya kita menghasilkan sebagian besar rumpun pusat. Molekul memancarkan panas, memungkinkan awan ini tumbuh ke Matahari kita, sementara keruntuhan gravitasi secara bersamaan menyebabkan suhu naik dan naik di pusat. Pada titik tertentu, ambang kritis tercapai: suhu 4 juta K, yang merupakan titik di mana proton individu dapat mulai bergabung ke elemen yang lebih berat melalui proses fusi nuklir.

Ini adalah momen dimana seorang bintang secara resmi dianggap hidup. Sepengetahuan kami, momen ini terjadi 4,56 miliar tahun yang lalu, ketika Alam Semesta sekitar 2/3 dari usia saat ini. Saat itu, Tata Surya kita pertama kali secara resmi terbentuk.

30 disk protoplanet, atau proplyd, seperti yang dicitrakan oleh Hubble di Nebula Orion. Hubble adalah sumber daya yang brilian untuk mengidentifikasi tanda tangan disk ini dalam optik, tetapi memiliki sedikit daya untuk menyelidiki fitur internal disk ini, bahkan dari lokasinya di ruang angkasa. Banyak dari bintang muda ini baru saja meninggalkan fase proto-bintang. (NASA / ESA DAN L. RICCI (ESO))

Selama beberapa tahun terakhir, kami akhirnya dapat mengamati tata surya pada tahap awal pembentukan ini, menemukan bintang pusat dan bintang proto yang diselimuti oleh gas, debu, dan cakram protoplanet dengan celah di dalamnya. Ini adalah benih dari apa yang akan menjadi planet raksasa dan berbatu, yang mengarah ke tata surya penuh seperti kita. Meskipun sebagian besar bintang yang terbentuk - termasuk, kemungkinan besar bintang kita sendiri - akan terbentuk di antara ribuan bintang lain dalam gugusan bintang masif, ada beberapa pencilan yang terbentuk dalam isolasi relatif.

20 disk protoplanet baru, seperti yang dicitrakan oleh Disk Substruktur pada High Resolution Project (DSHARP) kolaborasi, menampilkan bagaimana sistem planet yang baru terbentuk. (S. M. ANDREWS ET AL. DAN KOLABORASI DSHARP, ARXIV: 1812.04040)

Meskipun sejarah Alam Semesta kemudian dapat memisahkan kita dari semua saudara bintang dan planet kita dari nebula yang mereka bentuk dalam miliaran tahun yang lalu, tersebar di seluruh galaksi, sejarah bersama kita tetap ada. Setiap kali kita menemukan bintang dengan usia yang kira-kira sama dan banyak unsur berat seperti Matahari kita, kita pasti bertanya-tanya: apakah ini salah satu saudara kita yang telah lama hilang? Galaksi kemungkinan penuh dengan mereka.

Bacaan lebih lanjut tentang seperti apa Semesta saat:

  • Seperti apa saat Semesta menggembung?
  • Bagaimana rasanya ketika Big Bang pertama kali dimulai?
  • Bagaimana rasanya ketika Semesta berada di titik terpanas?
  • Bagaimana rasanya ketika Semesta pertama kali menciptakan lebih banyak materi daripada antimateri?
  • Bagaimana rasanya ketika Higgs memberi massa kepada Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika kita pertama kali membuat proton dan neutron?
  • Bagaimana rasanya ketika kita kehilangan antimateri terakhir kita?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat elemen pertamanya?
  • Bagaimana rasanya ketika Semesta pertama kali membuat atom?
  • Bagaimana rasanya ketika tidak ada bintang di Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika bintang-bintang pertama mulai menerangi Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika bintang-bintang pertama mati?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat bintang-bintang generasi kedua?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat galaksi pertama?
  • Bagaimana rasanya ketika cahaya bintang pertama kali menembus atom netral Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika lubang hitam supermasif pertama terbentuk?
  • Bagaimana rasanya ketika kehidupan di Semesta pertama kali menjadi mungkin?
  • Bagaimana rasanya ketika galaksi membentuk jumlah bintang terbesar?
  • Bagaimana rasanya ketika planet yang dapat dihuni pertama kali terbentuk?
  • Bagaimana rasanya ketika jaring kosmik terbentuk?
  • Seperti apa saat Bimasakti terbentuk?
  • Bagaimana rasanya ketika energi gelap pertama kali mengambil alih Semesta?

Mulai Dengan Bang sekarang di Forbes, dan diterbitkan ulang di Medium berkat para pendukung Patreon kami. Ethan telah menulis dua buku, Beyond The Galaxy, dan Treknology: The Science of Star Trek dari Tricorders ke Warp Drive.