Memetakan galaksi kita sendiri dari dalam ibarat mencoba memetakan sebuah hutan rimba saat kita berdiri di tengah-tengah salah satu pohonnya. Astrometri Galaksi adalah alat utama yang memungkinkan kita melakukan hal ini dengan mengubah data titik cahaya menjadi model tiga dimensi yang dinamis.
Berikut adalah pembahasan mendalam mengenai teknik dan komponen utama dalam memetakan Bima Sakti:
1. Parameter Ruang Fase 6D (6D Phase Space)
Untuk memetakan galaksi secara mendetail, astronom tidak hanya butuh posisi, tapi juga “ruang fase” lengkap dari setiap bintang. Data ini terdiri dari:
- 3 Koordinat Posisi: Asensiorekta ($\alpha$), Deklinasi ($\delta$), dan Jarak ($d$).
- 3 Koordinat Kecepatan: Gerak diri ($\mu_\alpha, \mu_\delta$) dan Kecepatan Radial ($v_r$).
Dengan enam parameter ini, kita bisa mensimulasikan masa lalu dan masa depan bintang tersebut dalam orbitnya mengelilingi pusat galaksi.
2. Sistem Koordinat Galaksi ($l, b$)
Astrometri galaksi menggunakan sistem koordinat khusus yang berpusat pada Matahari namun berorientasi pada bidang galaksi:
- Bujur Galaksi ($l$): Sudut yang diukur di sepanjang bidang galaksi, dimulai dari arah pusat galaksi (Sagittarius).
- Lintang Galaksi ($b$): Sudut yang diukur di atas atau di bawah bidang galaksi.
3. Komponen-Komponen yang Dipetakan
A. Lengan Spiral dan Piringan (The Disk)
Piringan Bima Sakti tidaklah rata sempurna. Astrometri modern (khususnya dari data Gaia) mengungkap:
- Struktur Spiral: Dengan mengukur jarak ke awan gas masif dan bintang muda (bintang kelas O dan B), kita bisa memetakan lengan spiral seperti Lengan Perseus dan Lengan Sagittarius.
- Lengkungan Galaksi (Galactic Warp): Data astrometri menunjukkan bahwa piringan Bima Sakti sebenarnya melengkung di bagian tepinya, mirip seperti piring plastik yang kepanasan. Ini dideteksi dengan melihat posisi bintang-bintang jauh yang secara sistematis berada di atas atau di bawah bidang teoritis.
B. Pusat Galaksi dan Sagittarius A*
Di pusat galaksi terdapat lubang hitam supermasif. Karena debu yang tebal, kita menggunakan Astrometri Inframerah untuk menembus penghalang tersebut.
- Orbit Bintang S (S-stars): Pengamatan selama lebih dari 20 tahun terhadap bintang seperti S2 menunjukkan orbit elips sempurna mengelilingi titik massa yang tidak terlihat.
- Perhitungan Massa: Berdasarkan Hukum Kepler III yang diterapkan pada data astrometri bintang-bintang ini, kita bisa menghitung bahwa objek di pusat tersebut bermassa sekitar $4,1 \text{ juta}$ massa Matahari.
C. Halo Galaksi dan Aliran Bintang (Stellar Streams)
Halo adalah bagian luar galaksi yang berbentuk bola dan jarang bintangnya. Namun, di sinilah tersimpan sejarah Bima Sakti.
- Arkeologi Galaksi: Astrometri mendeteksi “aliran bintang” (bintang-bintang yang bergerak secara koheren dalam satu jalur panjang). Ini adalah sisa-sisa galaksi kerdil yang hancur karena gravitasi Bima Sakti.
- Gaia-Enceladus: Penemuan terbesar belakangan ini adalah tabrakan masif dengan galaksi “Gaia-Enceladus” sekitar 10 miliar tahun lalu yang membentuk sebagian besar halo bintang kita.
4. Dinamika dan Materi Gelap
Astrometri memberikan bukti terkuat keberadaan materi gelap melalui Kurva Rotasi Galaksi.
Secara teori, kecepatan orbit bintang ($v$) seharusnya menurun seiring bertambahnya jarak ($r$) dari pusat massa:
$$v = \sqrt{\frac{GM}{r}}$$
Namun, pengukuran astrometri menunjukkan bahwa kecepatan bintang di pinggiran galaksi tetap konstan atau bahkan sedikit meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa ada massa tambahan yang tidak terlihat (Materi Gelap) yang menyelimuti galaksi kita dalam struktur yang disebut “Halo Materi Gelap”.
5. Standar Istirahat Lokal (Local Standard of Rest – LSR)
Dalam memetakan gerak, astronom mendefinisikan LSR. Karena semua bintang bergerak, kita butuh titik acuan rata-rata.
- LSR adalah titik imajiner yang bergerak melingkar mengelilingi pusat galaksi pada jarak Matahari dengan kecepatan rata-rata bintang-bintang di lingkungan tetangga kita.
- Gerakan Matahari relatif terhadap LSR disebut Gerak Pekuliar Matahari.
Kesimpulan Detail
Astrometri Galaksi bukan sekadar membuat daftar koordinat; ia adalah cara kita memahami metabolisme galaksi. Kita bisa melihat bagaimana gas berubah menjadi bintang, bagaimana lengan spiral bergelombang, dan bagaimana galaksi kita perlahan-lahan “memakan” tetangganya.