Oksigen, unsur kimia yang menopang kehidupan di Bumi, sudah ada di alam semesta sejak 13,3 miliar tahun yang lalu. Itu berarti, oksigen sudah ada sejak 500 juta tahun setelah terjadinya dentuman besar alias big bang yang menjadi awal pembentukan semesta.
Keberadaan oksigen itu dideteksi dari galaksi terjauh dan galaksi tertua yang pernah diamati menggunakan alat apapun hingga saat ini. Galaksi bernama MACS1149-JD1 itu ditemukan pada 2012 dan hanya memiliki massa 1 persen dari massa galaksi Bimasakti.
Namun, dentuman besar tidak menghasilkan oksigen, tapi hidrogen, helium dan lithium. Oksigen terbentuk melalui proses pembakaran ketiga unsur paling ringan itu di inti bintang. Oksigen terbentuk pada bintang tua atau bintang generasi lanjut yang bahan bakarnya berasal dari materi sisa bintang sebelumnya yang mati, meledak dan menyebarkan oksigen ke sekitar.
Karena oksigen sudah ada sejak 500 juta tahun setelah dentuman besar, maka bintang-bintang generasi pertama di semesta yang berbahan bakar hidrogen murni dipastikan lebih awal terbentuk. Dengan merekonstruksi sejarah galaksi MACS1149-JD1, bintang-bintang pertama semesta itu diprediksi terbentuk 250 juta tahun setelah big bang.
Deteksi
Kehadiran oksigen di galaksi MACS1149-JD1 itu terdeteksi dari sinyal atau cahaya redup dari oksigen yang terionisasi. Cahaya itu dideteksi memakai teleskop radio Atacama Large Milimeter/Submilimeter Array (ALMA) milik Observatorium Selatan Eropa (ESO), Institut Ilmu Alam Nasional (NINS) Jepang dan Yayasan Sains Nasional (NSF) Amerika Serikat. Teleskop ini terletak di Gurun Atacama, Cile.
Cahaya yang mengandung informasi keberadaan oksigen itu berupa cahaya inframerah yang sudah mengalami pergeseran ke panjang gelombang mikro. Pergeseran itu terjadi karena galaksi MACS1149-JD1 bergerak kian menjauh sebagai akibat pengembangan alam semesta.
“Galaksi ini punya nilai pergeseran merah sebesar 9,1,” kata profesor astrofisika Univesitas College London, Inggris Richard Ellis yang terlibat dalam riset itu kepada BBC, Kamis (17/5/2018).
Itu berarti, sejak cahaya itu keluar dari bintang hingga teramati manusia saat ini, ukuran alam semesta telah bertambah 9-10 kali. Dengan nilai pergeseran merah sebesar itu, jarak yang sudah ditempuh cahaya itu adalah 13,3 miliar tahun cahaya atau 97 persen dari umur semesta saat ini yang mencapai 13,8 miliar tahun cahaya.
Perhitungan itu juga berarti, oksigen sudah ada sejak 500 juta tahun setelah big bang. Itu adalah oksigen terjauh dan tertua yang teramati. “Keberhasilan deteksi ini mendorong kembali batas-batas alam semesta yang teramati,” kata pimpinan studi Takuya Hashimoto dari Universitas Osaka Sangyo, Jepang seperti dikutip dari pernyataan pers ESO, Rabu (16/5/2018).
Selain cahaya dari oksigen terionisasi yang dideteksi ALMA, teleskop optik Very Large Telescope (VLT) milik ESO yang terletak di Gurun Atacama, juga menangkap cahaya lemah yang mengandung emisi hidrogen dari galaksi MACS1149-JD1. Pengukuran cahaya itu juga membuahkan jarak galaksi yang sama dengan yang diukur ALMA.
Temuan itu menjadikan MACS1149-JD1 sebagai galaksi terjauh yang diperoleh dengan pengukuran yang tepat baik menggunakan ALMA atau VLT. Temuan itu dipublikasikan di jurnal Nature, Rabu (16/5/2018).
“Galaksi ini terlihat saat semesta berumur 500 juta tahun, masa ketika semesta baru memiliki populasi bintang-bintang dewasa,” tambah Nicolas Laporte, anggota peneliti lain dari Universitas College London, Inggris.
Bintang awal
Jika oksigen sudah ada saat semesta berumur 500 juta tahun, maka bintang-bintang pertama di semesta dipastikan terbentuk lebih awal lagi. Untuk mengetahui awal pembentukan bintang-bintang tersebut, astronom mengonstruksi sejarah galaksi MACS1149-JD1.
Konstruksi itu dilakukan dengan membuat model tingkat kecerahan galaksi MACS1149-JD1 guna mengetahui kapan bintang-bintang tersebut mulai terbentuk. Pemodelan harus dilakukan karena tidak ada data tentang bintang-bintang generasi pertama.
Pemodelan dilakukan memakai data inframerah galaksi yang diambil teleskop luar angkasa Hubble milik Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional AS (NASA)-Badan Antariksa Eropa (ESA) dan teleskop luar angkasa Spitzer milik NASA.
Hasilnya, bintang-bintang pertama di semesta sudah terbentuk pada 250 juta tahun sejak dentuman besar atau hanya 2 persen dari umur semesta kini. Itu berarti, bintang-bintang itu terbentuk menjelang era fajar kosmis, masa di awal pembentukan alam semesta ketika untuk pertama kalinya cahaya mulai bersinar dan manusia bisa menerima cahaya tersebut.
Masa sebelum fajar kosmis disebut zaman kegelapan. Di masa ini, tidak ada informasi tentang pembentukan alam semesta yang bisa diterima manusia dengan teknologi yang ada. Kondisi inilah yang juga membuat pemodelan untuk menentukan awal pembentukan bintang harus dilakukan.
Mengetahui kapan bintang-bintang generasi pertama terbentuk merupakan bagian ikhtiar manusia mengetahui asal usulnya. Bukan hanya oksigen, namun semua unsur kimia yang ada di Bumi dan di dalam tubuh manusia, termasuk kalsium di tulang dan fosfor di asam deoksiribonukleat (DNA) manusia, semuanya berasal dari bintang.
"Karena kita semua terbuat dari olahan materi yang ada di bintang, upaya mencari dan menyaksikan cahaya pertama kelahiran bintang itu bagaikan menemukan asal usul kita," kata Ellis. (M ZAID WAHYUDI)
