Ahli astronomi berpendapat bahawa bintang terbentuk di dalam awan gas hidrogen sejuk yang runtuh. Awan ini sangat sukar dilihat kerana atmosfera Bumi menyerap banyak cahaya yang dipancarkannya; bagaimanapun, gas lain, karbon monoksida selalu ada juga, dan dapat dilihat dengan mudah dari Bumi. Ahli astronomi dari Institut Max Planck untuk Radio Astronomi telah mengembangkan peta terperinci mengenai kawasan pembentuk bintang ini di galaksi Andromeda.
Bagaimana bintang terbentuk? Ini adalah salah satu soalan terpenting dalam astronomi. Kita tahu bahawa pembentukan bintang berlaku di awan gas sejuk dengan suhu di bawah -220 C (50 K). Hanya di kawasan-kawasan gas yang padat ini dapat menyebabkan gravitasi menyebabkan keruntuhan dan seterusnya pembentukan bintang. Awan gas sejuk di galaksi terdiri daripada hidrogen molekul, H2 (dua atom hidrogen terikat sebagai satu molekul). Molekul ini memancarkan garis spektrum lemah dalam lebar jalur inframerah spektrum yang tidak dapat diperhatikan oleh teleskop berasaskan Bumi kerana atmosfer menyerap sinaran ini. Oleh itu, ahli astronomi mengkaji molekul lain yang selalu dijumpai di kawasan kejiranan H2, iaitu karbon monoksida, CO. Garis spektrum intens CO pada panjang gelombang 2.6 mm dapat diperhatikan dengan teleskop radio yang diletakkan di laman web yang menguntungkan atmosfera: tinggi dan gunung kering, di padang pasir atau di Kutub Selatan. Di ruang kosmik karbon monoksida adalah petunjuk keadaan yang baik untuk pembentukan bintang dan planet baru.
Di galaksi kita, Bima Sakti, kajian mengenai penyebaran karbon monoksida telah lama dilakukan. Ahli astronomi menemui cukup banyak gas sejuk untuk pembentukan bintang selama berjuta-juta tahun akan datang. Tetapi banyak soalan tidak dijawab; sebagai contoh bagaimana bahan mentah gas molekul ini wujud sejak awal. Adakah ia dibekalkan oleh tahap awal pengembangan Galaxy, atau boleh dibentuk dari gas atom yang lebih panas? Bolehkah awan molekul runtuh secara spontan atau memerlukan tindakan dari luar untuk menjadikannya tidak stabil dan runtuh? Oleh kerana Matahari terletak di cakera Bima Sakti, sangat sukar untuk mendapatkan gambaran keseluruhan mengenai proses yang berlaku di Galaxy kita. Melihat dari "luar" akan membantu dan juga melihat jiran kosmik kita.
Galaksi Andromeda, juga dikenal dengan nombor katalog M31, adalah sistem berbilion bintang, serupa dengan Bima Sakti kita. Jarak M31 adalah 'hanya' 2.5 juta tahun cahaya, menjadikannya galaksi lingkaran terdekat Galaksi ini memanjang lebih dari 5 darjah di langit dan dapat dilihat dengan mata kasar sebagai awan kecil yang menyebar. Kajian mengenai jiran kosmik ini dapat membantu memahami proses di Galaxy kita sendiri. Malangnya, kita melihat cakera gas dan bintang di M31 hampir terbalik (lihat Gambar 1, kanan).
Pada tahun 1995 sepasukan ahli astronomi radio di Institut de Radioastronomie Millimà © trique (IRAM) di Grenoble (Michel Guà © lin, Hans Ungerechts, Robert Lucas) dan di Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn (Christoph Nieten, Nikolaus Neininger, Elly Berkhuijsen, Rainer Beck, Richard Wielebinski) memulakan projek bercita-cita untuk memetakan keseluruhan galaksi Andromeda dalam garis spektrum karbon monoksida. Alat yang digunakan untuk projek ini adalah teleskop radio IRAM sepanjang 30 meter yang terletak di Pico Veleta (2970 meter) berhampiran Granada di Sepanyol. Dengan resolusi sudut 23 arka detik (pada frekuensi pengamatan 115 GHz = panjang gelombang 2.6 mm) 1.5 juta kedudukan individu harus diukur. Untuk mempercepat proses pengamatan digunakan metode pengukuran baru. Daripada memerhatikan pada setiap posisi, teleskop radio digerakkan dalam jalur melintasi galaksi dengan rakaman data yang berterusan. Kaedah pemerhatian ini, yang disebut 'on the fly', dikembangkan khas untuk projek M31; kini menjadi amalan biasa, bukan hanya pada teleskop radio Pico Veleta tetapi juga pada teleskop lain yang memerhatikan panjang gelombang milimeter.
Untuk setiap kedudukan yang diperhatikan di M31 tidak hanya satu nilai intensitas CO dicatat, tetapi 256 nilai secara bersamaan melintasi spektrum dengan lebar jalur 0.2% dari panjang gelombang pusat 2.6 mm. Oleh itu, set data pemerhatian lengkap terdiri daripada kira-kira 400 juta nombor! Kedudukan tepat garis CO dalam spektrum memberi kita maklumat mengenai halaju gas sejuk. Sekiranya gas bergerak ke arah kita, maka garis itu dialihkan ke panjang gelombang yang lebih pendek. Apabila sumber menjauh dari kita, maka kita melihat pergeseran ke panjang gelombang yang lebih panjang. Ini adalah kesan yang sama (kesan Doppler) yang dapat kita dengar ketika siren ambulans bergerak ke arah kita atau jauh dari kita. Dalam astronomi kesan Doppler membolehkan pergerakan awan gas dikaji; malah awan dengan halaju yang berbeza dilihat dalam garis penglihatan yang sama dapat dibezakan. Sekiranya garis spektral luas, maka awan mungkin mengembang atau terdiri daripada beberapa awan pada halaju yang berbeza.
Pemerhatian selesai pada tahun 2001. Dengan lebih daripada 800 jam waktu teleskop, ini adalah salah satu projek pemerhatian terbesar yang dilakukan dengan teleskop IRAM atau MPIfR. Setelah memproses dan menganalisis data dalam jumlah yang banyak, pengedaran gas sejuk di M31 baru-baru ini telah diterbitkan (lihat Gambar 1, kiri).
Gas sejuk di M31 tertumpu pada struktur filigree di lengan spiral. Garis CO kelihatan sangat sesuai untuk menelusuri struktur lengan lingkaran. Lengan spiral khas dilihat pada jarak antara 25,000 dan 40,000 tahun cahaya dari pusat Andromeda, di mana sebahagian besar pembentukan bintang berlaku. Di wilayah tengah, di mana sebahagian besar bintang tua berada, lengan CO jauh lebih lemah. Akibat kecenderungan tinggi M31 relatif terhadap garis penglihatan (sekitar 78 darjah) lengan spiral nampaknya membentuk cincin elips yang besar dengan paksi utama 2 darjah. Sebenarnya, untuk waktu yang lama Andromeda dianggap, keliru, menjadi galaksi 'cincin'.
Peta halaju gas (lihat Gambar 2) menyerupai sekejap roda api raksasa. Di satu sisi (di selatan, kiri) gas CO bergerak dengan jarak sekitar 500 km / saat ke arah kami (biru), tetapi di sisi lain (utara, kanan) dengan 'hanya' 100 km / saat (merah). Oleh kerana galaksi Andromeda bergerak ke arah kita dengan kecepatan sekitar 300 km / saat, ia akan melewati Bima Sakti dalam jarak sekitar 2 miliar tahun. Sebagai tambahan, M31 berputar dengan jarak sekitar 200 km / saat di sekitar paksi pusatnya. Oleh kerana awan CO dalaman bergerak di jalan yang lebih pendek daripada awan luar, mereka dapat saling mengalahkan. Ini membawa kepada struktur lingkaran.
Ketumpatan gas molekul sejuk di lengan spiral jauh lebih besar daripada di kawasan di antara lengan, sedangkan gas atom diedarkan lebih seragam. Ini menunjukkan bahawa gas molekul terbentuk dari gas atom di lengan spiral, terutama pada cincin sempit pembentukan bintang. Asal cincin ini masih belum jelas. Mungkin gas di gelang ini hanyalah bahan yang belum digunakan untuk bintang. Atau mungkin medan magnet yang sangat biasa di M31 mencetuskan pembentukan bintang di lengan lingkaran. Pemerhatian dengan teleskop Effelsberg menunjukkan bahawa medan magnet mengikuti lengan spiral yang dilihat pada CO.
Cincin pembentukan bintang (‘zon kelahiran’) di Bima Sakti kita sendiri, yang meliputi 10.000 hingga 20.000 tahun cahaya dari pusatnya, lebih kecil daripada di M31. Walaupun begitu, ia mengandungi gas molekul hampir 10 kali lebih banyak (lihat jadual di Lampiran). Oleh kerana semua galaksi hampir sama usia, Bima Sakti lebih ekonomik dengan bahan mentahnya. Sebaliknya, banyak bintang lama berhampiran pusat M31 menunjukkan bahawa pada masa lalu kadar pembentukan bintang jauh lebih tinggi daripada sekarang: di sini kebanyakan gas sudah diproses. Peta CO yang baru menunjukkan bahawa Andromeda sangat berkesan dalam membentuk bintang pada masa lalu. Dalam beberapa bilion tahun dari sekarang Bima Sakti kita mungkin kelihatan serupa dengan Andromeda sekarang.
Sumber Asal: Siaran Berita Institut Max Planck
