Teleskop antariksa James Webb menemukan tempat dan cara terbentuknya kristal silikat panas di dekat bintang muda EC 53.
Penemuan ini mengantar Teleskop Webb untuk menelusuri “jalan tol kosmik” yang membawa kristal ini ke pinggir piringan tempat komet lahir, memberi petunjuk kunci untuk menjelaskan komet di Tata Surya yang membawa mineral mirip batuan Bumi.
Selama bertahun tahun, para astronom dibuat heran oleh komet di pinggir Tata Surya. “Bola salju kotor” yang menghuni Sabuk Kuiper dan Awan Oort ini hidup di wilayah yang sangat dingin, jauh di luar orbit Neptunus. Namun ketika komet diteliti dari dekat, baik lewat misi antariksa maupun teleskop, ditemukan butiran kristal silikat, mineral yang memerlukan suhu sangat tinggi untuk terbentuk. Bagaimana mungkin bahan panas seperti itu bisa berada di rumah es sedingin pinggiran Tata Surya?
Jawaban mulai terlihat ketika para peneliti mengalihkan pandangan ke bintang muda di galaksi kita. Menggunakan Teleskop Antariksa James Webb milik NASA, tim internasional berhasil mengamati langsung daerah panas di sekitar sebuah bintang yang baru lahir dan masih dikelilingi piringan gas dan debu. Bintang ini dikenal sebagai EC 53 dan berada di dalam Nebula Serpens pada jarak sekitar 1.300 tahun cahaya dari Bumi.
Pengamatan dengan instrumen MIRI, kamera dan spektrograf inframerah tengah milik Webb, menunjukkan dengan jelas bahwa kristal silikat terbentuk di bagian paling dalam dan paling panas dari piringan di sekitar EC 53. Jika dibandingkan dengan Tata Surya, wilayah panas ini kira kira berada di antara posisi Matahari dan Bumi, tempat suhu cukup tinggi untuk “memasak” debu silikat menjadi kristal teratur, seperti forsterit dan enstatit yang juga umum ditemukan di batuan Bumi.
Namun temuan penting Webb tidak berhenti pada lokasi pembentukan. Data menunjukkan adanya aliran keluar kuat yang bergerak dari piringan bagian dalam ke arah luar. Angin dan aliran gas dari daerah paling panas ini berperan seperti jalan tol kosmik, mengangkat butiran kristal yang baru terbentuk dan melemparkannya ke bagian piringan yang lebih dingin dan jauh dari bintang. Di tepi piringan inilah kelak komet dan objek es lain akan terbentuk.
Tim peneliti mengumpulkan dua set spektrum detail dari EC 53, baik saat bintang berada dalam keadaan relatif tenang maupun ketika memasuki fase ledakan aktivitas. EC 53 adalah protobintang yang terkenal “meledak” secara berkala. Sekitar setiap 18 bulan, bintang ini memasuki fase badai selama sekitar 100 hari, di mana laju akresi gas dan debu dari piringan ke permukaan bintang meningkat tajam. Pada saat yang sama, sebagian materi yang masuk justru dipantulkan kembali ke luar sebagai pancaran dan angin kuat yang melesat sepanjang sumbu putaran bintang dan keluar dari piringan.
MIRI memungkinkan tim memetakan jenis silikat dan distribusinya sebelum dan selama fase ledakan ini. Hasilnya, kristal silikat terdeteksi jelas di dekat daerah panas di sekitar bintang, lalu dapat dilacak pergerakannya keluar mengikuti aliran gas. Gambar dari instrumen NIRCam, yang mengamati dalam inframerah dekat, menunjukkan struktur setengah lingkaran samar di sekitar EC 53, jejak cahaya yang tersebar oleh piringan dan angin bintang. Di luar itu, jet sempit gas panas yang melesat cepat di dekat kutub bintang dan aliran yang sedikit lebih lambat dari bagian dalam piringan terlihat dalam data MIRI sebagai pola gas berenergi tinggi.
Rangkaian pengamatan ini menyusun cerita yang sangat penting bagi pemahaman pembentukan sistem keplanetan. Di tahap awal, piringan di sekitar bintang muda terisi penuh oleh butiran debu dan kerikil kecil. Di daerah paling dalam, panas dari bintang mengubah sebagian debu silikat menjadi kristal. Angin piringan dan ledakan aktivitas bintang kemudian menyapu dan mengangkut kristal ini ke wilayah yang jauh lebih dingin di tepi piringan. Di sana, selama jutaan tahun, butiran halus ini ikut berpartisipasi dalam “lalu lintas” tabrakan dan penggumpalan yang pada akhirnya membentuk batuan lebih besar, asteroid, dan komet es.
Dengan kata lain, proses yang terlihat di EC 53 dapat menjadi contoh langsung bagaimana kristal silikat panas bisa berakhir di rumah es yang jauh, seperti komet di tepi Tata Surya. Selama ini, para astronom sudah menemukan kristal serupa di komet kita dan di piringan bintang lain yang sedikit lebih tua, tetapi mekanisme pengangkutan dari bagian dalam yang panas ke bagian luar yang dingin masih kabur. Data Webb kini menunjukkan bahwa kombinasi daerah panas pembentuk kristal dan aliran keluar kuat dari piringan dapat menjembatani celah itu.
EC 53 sendiri masih terbungkus tebal oleh debu dan diperkirakan akan tetap demikian selama sekitar seratus ribu tahun. Selama periode ini, piringan di sekitarnya akan terus mengalami tabrakan kecil tak terhitung jumlahnya, menyusun langkah demi langkah dari debu halus menuju batuan, kemudian embrio planet. Pada akhirnya, ketika debu sudah banyak tersapu dan sistem menjadi lebih bersih, yang tersisa adalah bintang mirip Matahari dengan keluarga planet di sekelilingnya, sementara kristal silikat tersebar di berbagai sudut sistem, termasuk di tubuh komet.
Nebula Serpens, rumah bagi EC 53, dipenuhi bintang bintang muda yang masih aktif membentuk planet. Dengan kemampuan James Webb memetakan bahan dan gerakan halus di lingkungan seperti ini, astronom kini mempunyai laboratorium alam yang sangat rinci untuk menelusuri asal usul bahan padat yang kelak membentuk planet berbatu seperti Bumi dan komet yang mungkin menjadi pengantar awal air serta mineral ke permukaan planet muda.
