A Journey to Find the Lost Solar Siblings in the Milky Way

Citra Matahari saat di ufuk barat. Sumber: pixabay.com.

Lebih dari 100 miliar bintang menghuni galaksi Bimasakti, termasuk Matahari kita. Ilmuwan telah mengetahui bahwa sebagian besar bintang di dalam galaksi terbentuk dari gugus bintang, kemudian secara perlahan-lahan bintang-bintang anggotanya terlepas dari gugus bintang dan mengorbit pusat galaksi. Hal yang sama juga terjadi pada Matahari kita, ketika terbentuk pada 4,6 miliar tahun lalu, baca tentang Masa Lalu Matahari: Terbentuk dari Sebuah Gugus Bintang.

Ilmuwan kemudian tertarik untuk mencari keberadaan bintang-bintang yang terbentuk bersamaan dengan Matahari di dalam satu gugus bintang yang sama. Bintang-bintang ini disebut sebagai saudara Matahari atau solar sibling.

Para ilmuwan meyakini jika kita dapat menemukan solar sibling, maka kita dapat memperkirakan dengan rinci di mana dan bagaimana Matahari dapat terbentuk di Bimasakti. Sebab, ada penelitian yang melaporkan bahwa Matahari dulu bermigrasi dari bagian dalam Bimasakti ke posisinya saat ini. Adapula yang menyatakan sebaliknya, bahwa Matahari bermigrasi dari bagian luar Bimasakti ke posisinya saat ini. Selain itu, kita akan lebih mudah memahami bagaimana peran gaya gravitasi Bimasakti dalam mempengaruhi evolusi dinamik gugus bintang yang berkontribusi pada pembentukan sebagian besar bintang-bintang di galaksi.

Ilustrasi struktur galaksi Bimasakti dan posisi Matahari di Bimasakti. Matahari diperkirakan terletak di dekat lengan Orion yang berada di antara lengan Sagittarius dan lengan Perseus. Sumber: solarsystem.nasa.gov.

Penelitian Awal

Ketertarikan tentang pencarian solar sibling dimulai pada tahun 2009 di Belanda, saat Portegies-Zwart mempublikasikan hasil penelitiannya. Ia melakukan simulasi komputer untuk memahami bagaimana sebuah gugus bintang dapat berevolusi dan menghasilkan Matahari pada posisinya saat ini di Bimasakti (berjarak sekitar 8,5 kpc dari pusat Bimasakti. Di mana 1 pc = 3,26 tahun cahaya), serta sebaran solar sibling di Bimasakti. Ia memperkirakan seharusnya masih terdapat sekitar 10 hingga 60 solar sibling dalam radius 100 pc dari posisi Matahari saat ini. Solar sibling seharusnya memiliki usia, komposisi kimia (terutama metal), dan kinematika yang mirip dengan Matahari.

Sebagai perbandingan, dalam radius yang sama, diketahui terdapat lebih dari 4 juta bintang di sekitar Matahari. Bagaikan mencari sebuah jarum kecil di tumpukan jerami. Meskipun begitu, penelitian dari Portegies-Zwart ini memberikan motivasi bagi ilmuwan lainnya untuk berusaha mendeteksi keberadaan solar sibling di sekitar Matahari, setidaknya dalam radius 100 pc dari Matahari,

Beberapa Kandidat Kuat Solar Siblings

Pada tahun 2010, tim penelitian di Belanda yang terdiri dari Anthony Brown, Portegies-Zwart, dan Jennifer Bean melakukan pencarian solar sibling dengan menggunakan katalog bintang Hipparcos. Ini adalah salah satu katalog bintang terbaik pada masa itu, mengandung lebih dari 100.000 bintang yang telah diukur jarak dan kinematikanya dengan ketelitian tinggi. Mereka mencari solar sibling pada katalog itu berdasarkan kriteria kinematika dan komposisi kimia solar sibling yang diprediksi melalui simulasi komputer. Bintang HIP 21158, yang berjarak sekitar 40 pc dari Matahari, disimpulkan sebagai kandidat kuat solar sibling.

Pada Agustus 2011 di Rusia, Bobylev dan timnya menemukan dua buah bintang lainnya yang menjadi kandidat kuat solar sibling, yaitu HIP 87382 dan HIP 47399. Mereka menggunakan metode yang mirip dengan yang dilakukan oleh tim Brown. Hasil penelitian yang dilaporkan oleh Batista dan Fernandes di Portugal, pada tahun 2012, mengkonfirmasi kandidat solar sibling yang didapatkan sebelumnya oleh tim Brown dan Bobylev. Mereka juga menemukan satu bintang lagi sebagai kandidat kuat solar sibling, yaitu HIP 92831, yang memiliki kemiripan usia, kinematika, dan komposisi kimia dengan Matahari. HIP 87382, HIP 47399, dan HIP 92831 masing-masing berjarak sekitar 33 pc, 74 pc, dan 81 pc dari Matahari.

Di tahun 2014, penelitian tentang pendeteksian solar sibling semakin banyak dilaporkan. Pada bulan Januari, Liu Cheng dan timnya di Swedia melakukan analisis spektral pada bintang-bintang yang diduga sebagai solar sibling. Analisis spektral bertujuan untuk melihat komposisi kimia (terutama metal) bintang-bintang melalui distribusi energinya (spektrum).

Mereka menemukan satu bintang sebagai kandidat kuat solar sibling, yaitu HIP 40317 yang berjarak sekitar 80 pc dari Matahari. Kemudian pada bulan April, Batista dan timnya menemukan satu bintang lagi pada jarak sekitar 56 pc dari Matahari, sebagai kandidat kuat solar sibling, yaitu HIP 97507. Tidak hanya itu, Bobylev dan Bajkova juga menambahkan lagi deretan kandidat kuat solar sibling pada bulan Juni, yaitu HIP 43852, HIP 104047, dan HIP 112158, yang masing-masing berjarak sekitar 26 pc, 82 pc, dan 73 pc dari Matahari. Di bulan yang sama, HIP 87382 dikonfirmasi kembali sebagai kandidat solar sibling oleh Ramirez dan timnya.

Pada tahun 2018, Adibekyan dan timnya melaporkan hasil penelitian mereka yang berusaha mendeteksi solar sibling dari data AMBRE, yang merupakan database besar berisikan spektrum bintang-bintang di sekitar Matahari, dengan resolusi tinggi. Mereka juga membandingkan data kinematik dan usia bintang-bintang tersebut terhadap Matahari dengan melibatkan katalog bintang terbaru, yaitu katalog GAIA. Disimpulkan bahwa bintang HIP 97507 adalah bintang yang memiliki kemungkinan kuat sebagai solar sibling. Bintang ini berjarak sekitar 55 pc dari Matahari kita.

Sebagai informasi tambahan, kandidat-kandidat solar sibling ini ada yang merupakan bintang tunggal, bintang ganda, bahkan bintang dalam sistem jamak (lebih dari 2 buah bintang yang saling mengorbit). Hal ini wajar, dikarenakan di dalam gugus bintang memang terdapat tipe-tipe bintang seperti itu, yang terbentuk dari interaksi gravitasi antara bintang-bintang di dalam gugus.

Selain itu, Matahari juga seharusnya memiliki sibling yang telah lebih dahulu berevolusi ke tahapan-tahapan evolusi selanjutnya, seperti supernova dan nebula sisa dari ledakan supernova, bintang neutron, bintang katai putih, atau bahkan mungkin saja black hole. Namun, belum ada laporan yang menyatakan bahwa objek-objek tipe tersebut ada yang tergolong ke dalam sibling dari Matahari, dikarenakan sulitnya mencari parameter yang tepat untuk dibandingkan dengan Matahari.

Ilustrasi posisi beberapa bintang di sekitar Matahari. Ini adalah bintang-bintang terang yang dapat dilihat di langit malam dari Bumi. Tentu saja jumlah bintang di sekitar Matahari jauh lebih banyak dari ilustrasi ini. Sumber: eso.org.

Pandangan Skeptis Terhadap Penemuan Kandidat Solar Siblings

Beberapa kelompok ilmuwan masih ragu bahkan skeptis bahwa pendeteksian solar sibling di sekitar Matahari dapat dilakukan. Banyak faktor yang masih perlu dipertimbangkan untuk menyatakan bahwa sebuah bintang adalah solar sibling. Seperti yang dilaporkan oleh tim penelitian dari Rusia, yaitu Mishurov dan Acharova pada tahun 2011.

Mereka juga menyatakan bahwa simulasi komputer yang dilakukan oleh Portegies-Zwart dan Brown tidaklah realistik, karena tidak melibatkan pengaruh pasang surut dari lengan spiral Bimasakti. Mereka kemudian melakukan simulasi komputer dengan melibatkan pengaruh lengan spiral Bimasakti dan mendapatkan bahwa saat ini solar sibling telah tersebar secara acak di Bimasakti. Sehingga akan sulit untuk mendeteksi solar siblings dalam radius 100 pc dari Matahari.

Jikapun memang dapat menemukan solar sibling di sekitar Matahari, maka gugus bintang tempat Matahari terbentuk haruslah cukup besar, mengandung lebih dari 10.000 bintang di dalamnya. Sedangkan, sejauh ini ilmuwan belum mengetahui dengan pasti bagaimana kondisi awal dari gugus bintang itu. Perlu penelitian lebih lanjut untuk mengkonfirmasi hasil yang dilaporkan oleh Mishurov dan Acharova.

Menindaklanjuti penelitian yang dilaporkan oleh Mishurov dan Acharova, pada tahun 2015 Valtonen dan timnya di Rusia mempublikasikan penelitian yang menarik, yaitu mengenai pengaruh lengan spiral terhadap probabilitas menemukan solar sibling. Sejauh ini, ilmuwan masih memperoleh hasil yang berbeda-beda terkait pengukuran rotasi lengan spiral Bimasakti dan jumlah lengan spiralnya. Tim Veltonen menunjukkan bahwa nilai dari rotasi lengan spiral Bimasakti mempengaruhi seberapa besar gaya pasang surut yang dapat berkontribusi pada sebaran solar sibling di Bimasakti.

Oleh sebab itu, hasil yang diperoleh Mishurov & Acharova tidak dapat dijadikan acuan mutlak begitu saja. Namun, dari situ setidaknya kita mengetahui memang ada kemungkinan bahwa sebaran solar sibling sangat acak akibat pengaruh lengan spiral Bimasakti. Meskipun begitu, menurut Valtonen dan tim, pemilihan nilai tertentu untuk rotasi lengan spiral Bimasakti di sekitar Matahari masih memungkinkan untuk mendeteksi keberadaan solar sibling dalam radius 100 pc dari Matahari.

Pada tahun 2016, Martinez-Barbosa dan timnya juga melakukan simulasi komputer yang dianggap lebih realistik, karena tidak hanya melibatkan pengaruh lengan spiral saja, melainkan juga struktur bar di pusat Bimasakti. Mereka menunjukkan bahwa solar sibling kemungkinan tersebar secara acak di segala penjuru Bimasakti, dan sebarannya bergantung pada nilai rotasi lengan spiral di sekitar Matahari, rotasi struktur bar Bimasakti, dan kondisi awal gugus bintang tempat Matahari terbentuk (seperti posisi, jumlah bintang, radius, dan massa).

Nilai rotasi dari kedua struktur Bimasakti ini dapat menghasilkan resonansi orbit dengan Matahari. Resonansi ini akan mempengaruhi bagaimana sebaran solar sibling di Bimasakti. Dari hasil simulasi itu, mereka membuat kriteria kinematik untuk solar sibling dan mencocokkan kriteria itu dengan kandidat-kandidat solar sibling yang diusulkan pada penelitian-penelitian sebelumnya. Sayangnya, tidak ada kandidat solar siblings yang cocok dengan kriteria yang dibuat.

Penelitian Terbaru

Penelitian terbaru dilaporkan oleh Jeremy Webb dan timnya pada tahun 2021. Mereka melakukan simulasi komputer dengan melibatkan struktur Bimasakti yang lebih kompleks. Lengan spiral dan struktur bar dibuat berubah terhadap waktu. Kondisi ini lebih realistik dikarenakan struktur sebuah galaksi seharusnya berubah terhadap waktu akibat pengaruh dari pengembangan alam semesta. Dengan demikian, pengaruh lengan spiral dan struktur bar juga akan berubah terhadap orbit objek-objek yang menghuni Bimasakti.

Dari hasil simulasi komputer, mereka membuat kriteria kinematik solar siblings dengan menggunakan parameter yang lebih konsisten, yang disebut sebagai action of space. Pengecekan pada katalog bintang GAIA juga dilakukan untuk menemukan kandidat solar sibling. Dari kriteria ini, mereka mengajukan 17 kandidat solar sibling, di mana sebagian dari kandidat tersebut merupakan kandidat solar sibling yang telah ditemukan pada penelitian-penelitian sebelumnya. Namun, sayangnya kandidat solar sibling yang diusulkan oleh Adibekyan dan tim, yang dianggap merupakan salah satu kandidat paling kuat, ternyata tidak sesuai dengan kriteria kinematik yang dibuat oleh tim Jeremy Webb.

Penelitian lanjutan masih perlu dilakukan untuk mengkonfirmasi hasil yang dilaporkan oleh tim Jeremy Webb ini. Analisis spektral dan parameter-parameter lain juga masih perlu dicocokkan dengan katalog-katalog bintang saat ini. Selain itu, penelitian mendalam terkait struktur lengan spiral dan bar Bimasakti juga akan sangat membantu untuk mengkonfirmasi penelitian solar sibling ini.

Informasi mengenai kondisi awal gugus bintang tempat Matahari terbentuk juga harus dipahami dengan baik. Selain itu, dengan semakin banyaknya katalog-katalog bintang yang mengandung beragam informasi parameter fisis bintang, akan membantu ilmuwan untuk mengkonfirmasi hasil penelitiannya dengan data berketelitian tinggi.