Sebuah tim internasional astrofisikawan telah mengembangkan model yang menjelaskan bagaimana bintang-bintang sangat masif membentuk gugusan bintang dan galaksi pertama alam semesta. Raksasa-raksasa ini, ribuan kali lebih berat dari Matahari, meninggalkan jejak kimia di gugusan globular kuno dan mungkin telah menabur lubang hitam awal. Temuan ini menghubungkan pembentukan bintang dengan pengamatan dari Teleskop Luar Angkasa James Webb.
Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh peneliti ICREA Mark Gieles dari Institute of Cosmos Sciences Universitas Barcelona (ICCUB) dan Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC) telah menciptakan model baru yang membedah bintang-bintang sangat masif (EMS) dengan lebih dari 1.000 kali massa Matahari. Diterbitkan di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, penelitian ini menunjukkan bagaimana raksasa-raksasa berumur pendek ini membentuk pembentukan dan perkembangan awal gugusan bintang tertua alam semesta.
Gugusan globular (GCs) adalah kumpulan bulat yang padat berisi ratusan ribu hingga jutaan bintang, ditemukan di hampir setiap galaksi, termasuk Bima Sakti. Sebagian besar berusia lebih dari 10 miliar tahun, muncul tak lama setelah Big Bang. Bintang-bintang di gugusan ini menunjukkan komposisi kimia yang tidak biasa, dengan tingkat helium, nitrogen, oksigen, natrium, magnesium, dan aluminium yang bervariasi—variasi membingungkan yang mengisyaratkan proses yang mengubah gas asli.
Model ini memperluas teori aliran inersial, diterapkan pada kondisi alam semesta awal. Di gugusan bintang masif, aliran gas turbulen secara alami menghasilkan EMS mulai dari 1.000 hingga 10.000 massa Matahari. Bintang-bintang ini menghasilkan angin kuat yang penuh dengan produk fusi hidrogen suhu tinggi, bercampur dengan gas murni untuk menciptakan sidik jari kimia yang khas pada bintang-bintang berikutnya.
"Model kami menunjukkan bahwa hanya beberapa bintang sangat masif saja yang bisa meninggalkan jejak kimia abadi pada seluruh gugusan," jelas Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). "Ini akhirnya menghubungkan fisika pembentukan gugusan globular dengan tanda tangan kimia yang kita amati hari ini."
Peneliti Laura Ramírez Galeano dan Corinne Charbonnel dari Universitas Geneva menambahkan, "Sudah diketahui bahwa reaksi nuklir di pusat bintang sangat masif bisa menciptakan pola kelimpahan yang tepat. Sekarang kita punya model yang menyediakan jalur alami untuk membentuk bintang-bintang ini di gugusan bintang masif."
Proses ini berlangsung dalam satu hingga dua juta tahun, sebelum ledakan supernova, menghindari kontaminasi oleh material supernova. Temuan ini meluas ke galaksi-galaksi kaya nitrogen yang diamati oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), yang kemungkinan mengandung GCs yang didominasi oleh EMS dari evolusi galaksi awal.
"Bintang sangat masif mungkin memainkan peran kunci dalam pembentukan galaksi pertama," catat Paolo Padoan (Dartmouth College dan ICCUB-IEEC). "Kecerahan dan produksi kimia mereka secara alami menjelaskan proto-galaksi yang diperkaya nitrogen yang sekarang kita amati di alam semesta awal dengan JWST."
Bintang-bintang ini diduga runtuh menjadi lubang hitam bermassa menengah dengan bobot lebih dari 100 massa Matahari, yang berpotensi terdeteksi melalui gelombang gravitasi. Studi ini, yang dirinci di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025; 544 (1): 483, DOI: 10.1093/mnras/staf1314), menawarkan penjelasan terpadu untuk pembentukan bintang, pengayaan kimia, dan asal-usul lubang hitam di alam semesta awal.