BIMA SAKTI MENIPIS DALAM DUA TAHAP

Piringan Galaksi kita biasanya digambarkan sebagai dua piringan dalam satu: piringan tipis, yang secara dinamis “dingin” dan lebih muda, serta piringan tebal, yang lebih “panas” dan lebih tua. Bintang menyimpan ingatan tentang di mana dan bagaimana mereka terbentuk, sehingga menjadikannya fosil dari proses perakitan Galaksi — pokok bahasan arkeologi galaksi.

Bintang yang lebih tua diketahui tersebar lebih tinggi di atas bidang galaksi. Tetapi mengapa? Dua penjelasan bersaing:

• Pemanasan lambat: bintang lahir di lapisan gas yang tipis dan dingin, dan selama miliaran tahun awan molekul raksasa, lengan spiral, dan batang pusat mengganggu orbitnya, membuatnya berkelana makin tinggi.
• Pembentukan terbalik (upside-down): piringan gas Galaksi muda itu sendiri tebal dan bergolak, diaduk oleh akresi besar-besaran, penggabungan galaksi, dan umpan balik yang intens; bintang-bintang tua memang lahir dalam lapisan tebal, lalu gasnya mendingin dan mengendap.

Untuk membedakan keduanya diperlukan usia yang presisi bagi sampel bintang yang lengkap — terutama untuk masa-masa paling awal, ketika segala sesuatu terjadi dengan cepat.

Menentukan usia bintang secara beramai-ramai

David Mirabal, Carme Gallart, dan rekan-rekan di Instituto de Astrofísica de Canarias, bersama mitra di Granada, Teramo, dan Victoria (Kanada), bekerja dalam proyek ChronoGal. Alih-alih menentukan usia bintang satu per satu, mereka mencocokkan seluruh diagram warna–magnitudo bintang-bintang di dekat Matahari, yang diukur oleh satelit Eropa Gaia (rilis data ke-3), dengan kombinasi populasi bintang sintetis. Hasilnya adalah peta berapa banyak bintang yang terbentuk pada tiap usia dan metalisitas, dengan ketelitian usia lebih baik dari 5% — sekitar setengah miliar tahun untuk bintang-bintang tertua.

Mereka mempelajari bintang dalam jarak 1 kiloparsek dari bidang Galaksi, dibagi menjadi sampel yang secara kinematis “dingin” dan sampel yang “panas”, diiris menjadi delapan lapisan ketinggian, dan dikoreksi untuk bintang yang terlewat dalam seleksi. Sebuah algoritma pengelompokan lalu menggabungkan bintang-bintang menjadi populasi dengan usia dan metalisitas yang hampir tunggal. Untuk masing-masing, tim mengukur tinggi skala — seberapa jauh di atas bidang populasi itu biasanya membentang.

Perubahan laju yang tajam

Ketebalan populasi bintang terhadap usianya: penurunan curam untuk yang tertua, penurunan lambat setelah titik patahan 10,85 miliar tahun. Warna menunjukkan metalisitas. — Gambar 2, Mirabal dkk. (2026), arXiv:2610.03164.

Makin muda suatu populasi, makin rapat ia menempel pada bidang. Namun hubungannya bukan satu garis tunggal. Pencocokan dengan dua ruas garis lurus menemukan titik patahan 10,85 miliar tahun lalu (dengan ketidakpastian sekitar 0,13 miliar tahun):

• Sebelumnya: ketebalan turun sekitar 1,88 kiloparsek per miliar tahun. Populasi tertua membentang hingga 1,26 kiloparsek — dua yang paling tua bahkan lebih, sekitar 1,75 dan 2,10 — dan hanya dalam sekitar 2 miliar tahun ketebalannya turun menjadi sekitar 0,5 kiloparsek.
• Sesudahnya: penipisan melambat menjadi hanya 0,038 kiloparsek per miliar tahun. Populasi termuda berada di sekitar 0,1 kiloparsek, dan bintang yang lahir hari ini akan membentang hingga sekitar 0,12.

Ketidakpastian laju awal itu besar, tetapi kedua rezim jelas berbeda. Bahkan populasi yang hanya sedikit lebih tua dari titik patahan, berusia sekitar 11 miliar tahun, lebih tebal daripada piringan tebal secara keseluruhan (sekitar 0,9 kiloparsek). Titik patahan itu tetap bertahan dalam uji dengan kisi usia dan metalisitas yang sederhana dan seragam, alih-alih kelompok yang ditentukan secara otomatis.

Lahir tebal

Bagi para penulis, pemanasan lambat saja tidak dapat menjelaskan pengendapan awal yang begitu cepat: penggabungan yang sering akan membuat piringan muda tetap panas hingga penggabungan besar terakhir, yang oleh para penulis disebut GSE, sekitar 10 miliar tahun lalu. Sebaliknya, data mendukung pembentukan terbalik pada fase awal. Gas yang bergolak mendingin dan tenggelam ke arah bidang tengah selama beberapa miliar tahun, membentuk piringan tebal; piringan tebal yang didefinisikan secara kimia sudah terbentuk sekitar 11 miliar tahun lalu.

Kemudian, kira-kira setelah penggabungan itu, Galaksi memasuki era yang lebih tenang, ketika gas mengendap secara bertahap dan membangun piringan tipis yang kita lihat sekarang. Untuk periode yang lebih kemudian ini, data saja tidak dapat membedakan pemanasan lambat dari pengendapan lambat. Gambaran ini sesuai dengan simulasi kosmologis galaksi-galaksi mirip Bima Sakti, dan dengan penentuan usia terbaru atas saat Galaksi “mulai berputar” menjadi piringan yang berotasi.

Dalam kata-kata para penulis, ketinggian besar bintang-bintang tertua “bukan sekadar hasil pemanasan dinamis sekuler yang berkepanjangan, melainkan fosil struktural dari fase perakitan Galaksi awal.”