Dokumen tersebut merangkum sejarah astronomi galaksi, mulai dari pengamatan awal Milky Way oleh Galileo, hipotesis awal tentang sifat dan struktur galaksi oleh Wright, Kant, dan Herschel, hingga penemuan struktur spiral galaksi oleh Earl of Rosse dan kontroversi antara pandangan Shapley dan Curtis mengenai ukuran dan sifat galaksi Bima Sakti serta galaksi luar. Kontroversi ini akhirnya terpecahkan oleh penemuan Cepheid variable dan debu

1. Overview: Galaksi
Pemandangan langit malam:
bintang-bintang terdistribusi hampir merata di seluruh
langit
Pada malam yang gelap dan cerah dapat kita lihat
Milky Way – sebuah pita cahaya yang redup yang
dipotong oleh celah gelap yang terentang sepanjang
langit
Pada tahun 1610, Galileo mengarahkan teleskopnya
ke arah Milky Way dan menemukan bahwa MW
tersusun dari bintang-bintang redup yang “tak
terhitung jumlahnya” – jadi MW bukanlah sebuah
“celestial fluid” tapi merupakan suatu sistem bintang

2. Milky Way – yang diamati Galileo

3. Sejarah Galactic Astronomy
Pertengahan abad 18, Thomas Wright and
Immanuel Kant mengajukan hipotesa bahwa
Galaxi kita merupakan suatu piringan yang
tersusun dari bintang-bintang, termasuk
Matahari
Kant juga mengajukan teori bahwa Galaxi kita
tidak unik, tetapi kemungkinan ada banyak
sistem serupa (“island universes” ) yang
terdistribusi di langit pada jarak yang sangat
jauh
Teori-teori ini tidak didasari oleh bukti fisis,
tetapi hanya merupakan spekulasi filosofis!!

4. Keluarga Herschel
Pada akhir abad 18 William & Caroline Herschel
menggunakan teleskop-teleskop terbesar pada jaman
itu untuk mempelajari bentuk Galaksi kita dengan
menggunakan teknik yang disebut star-gauging

5. Herschel – Star Gauging
 Menghitung jumlah bintang yang dapat diamati limit-limit
magnitudo tampak yang berturutan pada ~700 daerah yang
berbeda-beda di langit
 Untuk mendapatkan ukuran relatif Galaksi digunakan
asumsi: - semua bintang memiliki absolute brightness yang
kurang
lebih sama
- inverse square law berlaku
 Menyimpulkan bahwa Matahari terletak di dekat pusat dari
suatu sistem yang pipih, hampir ellips, di mana lebar dalam
arah bidang Galaksi 5x lebih besar daripada arah tegak lurus
bidang tsb

6. Herschel
Herschel juga membuat sebuah katalog
nebula yang ekstensif, yang kemudian oleh
anaknya (John Herschel) diperluas hingga
mencakup obyek-obyek di belahan selatan
langit
Meyakini bahwa kebanyakan nebula ini
merupakan sistem bintang yang menyerupai
Galaksi kita
Tapi juga membedakan bahwa beberapa
nebula bukan merupakan sistem bintang,
tetapi terdiri dari “suatu fluida bercahaya yang
sifatnya sama sekali tidak kita ketahui.” (e.g.
Orion, planetary nebulae, dsb.)

7. Earl of Rosse
Pertengahan abad 19: William Parsons, Earl of
Rosse yang ke-3 menggunakan sebuah teleskop 72-
inchi di Irlandia dengan sebuah metal mirror (ukuran
tidak tertandingi sampai saat teleskop 100-inchi di
Mount Wilson pada tahun 1917 dioperasikan) untuk
mempelajari sifat nebula-nebula Herschel

8. Earl of Rosse
Menemukan bahwa kebanyakan nebula tsb meneunjukkan
struktur spiral!
Mampu untuk melihat bintang-bintang (atau paling tidak cluster-
cluster dari nebula emisi), yang oleh Herschel tidak terlihat
terpisah
Hasil ini mendukung teori “island universe”, dan struktur spiral
mengimplikasikan bahwa nebula spiral tsb berotasi dengan
sumbu rotasi yang tegak lurus pada bidang

9. Sejarah Galactic Astronomy
Penemuan fotografi astronomis pada akhir
abad 19 memungkinkan astronom untuk
mengamati obyek-obyek yang jauh lebih
redup daripada yang terlihat oleh mata
telanjang – memungkinkan studi struktur
Galaksi yang kuantitatif
Kapteyn mengorganisir sebuah studi
mengenai 200 Selected Areas di seluruh
langit –kolaborasi internasional dari para
astronom menghasilkan plat-plat, star counts,
estimasi brightness, dan juga klasifikasi
spectroskopik, proper motion, and kecepatan
radial

10. Sejarah Galactic Astronomy
Kapteyn dan van Rhijn menggunakan data proper
motion untuk mengestimasi jarak rata-rata bintang-
bintang pada berbagai apparent brightness dan
menggunakan data star-count untuk mendapatkan
distribusi bintang-bintang dalam ruang (dengan
mengasumsikan bahwa apparent brightness berkurang
sebagai kebalikan dari kuadrat jarak – i.e., ruang antar
bintang transparan/tidak ada absorbsi antar bintang)
Kapteyn

11. Galaksi merupakan sebuah sistem spheroid yang pipih berukuran
sedang, kira-kira 5x lebih panjang pada bidangnya.
Matahari terletak agak di luar bidang Galaksi pada jarak 650 pc dari
pusat
Kerapatan bintang menurun secara seragam menjauh dari pusat
Galaksi; pada jarak 800 pc dalam bidang Galaksi dan 150 pc
pada arah kutub kerapatan turun sampai 50% dari harga di pusat,
menjadi 10% pada 2800 pc & 550 pc, dan menjadi 1% at 8500 pc
dan 1700 pc

12. Problem dengan Kapteyn Universe
Mengapa begitu heliocentris??
Kapteyn menyadari bahwa jika ada suatu
absorbing medium dalam ruang antar bintang,
maka cahaya dari bintang-bintang yang jauh
akan mengalami peredupan tambahan – jika
peredupan ini secara salah ditafsirkan
sebagai efek jarak, maka bintang-bintang
akan dianggap terletak pada jarak yang terlalu
jauh
Meskipun mencari dengan teliti, Kapteyn tidak
dapat menemukan bukti yang meyakinkan
tentang adanya efek absorpsi

13. Pandangan Shapley tentang
Universe
Shapley menggunakan Mount Wilson
Observatory untuk mempelajari distribusi
globular clusters (terang dan dapat
diidentifikasi dengan mudah sehingga dapat
diamati pada jarak yang jauh)
Menemukan bahwa meskipun globular
clusters terdistribusi seragam di atas dan
dibawah bidang Galaksi, mereka tidak
terdistribusi seragam dalam longitude pada
bidang Galaksi, tetapi terkonsentrasi pada
arah Sagitarius
Shapley berargumen bahwa sistem-sistem
yang masif semacam ini haruslah terdistribusi
secara simetris di sekeliling pusat Galaksi

14. Dengan menggunakan jarak yang diestimasi
menggunakan bintang-bintang RR Lyrae dan
juga dari ukuran dan kecerlangan cluster-cluster
secara keseluruhan, Shapley memperkirakan
Matahari terletak 15 kpc dari pusat Galaksi
Mengestimasi ukuran diameter Galaksi adalah
~100 kpc (10x lebih besar daripada Kapteyn
Universe!)
Estimasi terbaik sekarang: Matahari terletak 8.5
kpc dari pusat Galaksi, dengan diameter Galaksi
30 kpc
Estimasi Shapley’s terlalu besar karena dia juga
mengabaikan absorpsi oleh debu
Pandangan Shapley tentang
Universe

15. Pada April 1920, H.D. Curtis dari Lick Observatory
and Shapley bertemu di National Academy of
Sciences untuk berdebat tentang dua pertanyaan
berikut:
 Ukuran Galaksi kita, dan skala jarak di dalamnya
 Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai
implikasinya, apakah mereka merupakan sistem-
sistem extragalaktik atau bukan
Harlow Shapley Heber Curtis
Debat Shapley-Curtis

16. Ukuran Galaksi kita, dan skala jarak di
dalamnya
 Shapley – Galaksi kita besar
 Curtis – Galaksi kita kecil (pandangan Kapteyn)
 Jarak-jarak yang diperoleh Shapley salah
karena beberapa bintang yang dia amati adalah
bintang-bintang raksasa, bukan katai
Debat Shapley-Curtis

17. Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai
implikasinya, apakah mereka merupakan
sistem-sistem extragalaktik atau bukan
 Shapley yakin spiral-spiral tsb merupakan bagian
dari Galaksi kita
 Jika spiral-spiral tsb seukuran dengan Galaksi kita (100
kpc menurut Shapley), maka M31 (Andromeda) akan
terletak terlalu jauh sehingga nova-nova di dalamnya
akan lebih terang daripada nova-nova di Galaksi kita
 Pengukuran-pengukuran proper motion dalam nebula-
nebula spiral oleh A. van Maanen menunjukkan bahwa
spiral-spiral tsb berotasi dengan kecepatan sudut 0.02
arcsec per tahun. Untuk setiap kecepatan rotasi yang
mungkin, spiral-spiral tsb haruslah dekat.
Debat Shapley-Curtis

18. Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai
implikasinya, apakah mereka merupakan sistem-
sistem extragalaktik atau bukan
 Curtis yakin bahwa nebula-nebula spiral tsb adalah galaksi-
galaksi seperti Galaksi kita, yang terletak pada jarak antara
150 kpc (M31) hingga 3000 kpc untuk sistem-sistem yang
terjauh.
 apparent brightness rata-rata dari nova-nova dalam nebula-
nebula spiral tsb dibandingkan dengan nova-nova dalam
Galaksi menunjukkan jarak >150 kpc
 Pada jarak 150 kpc, M31 akan seukuran dengan Kapteyn
universe
 Kecepatan radial velocities dari nebula-nebula spiral tsb jauh
lebih besar daripada obyek-obyek manapun yang diketahui
berada di dalam Galaksi, tidak akan terikat secara dinamik.
 Proper motion dari spiral-spiral tsb tidak dapat diukur, pastilah
mereka obyek yang jauh
 Spiral-spiral yang edge-on menunjukkan pita material
pengabsorbsi pada piringannya. Analoginya, Galaksi kita
seharusnya memiliki piringan semacam itu yang akan
menjelaskan adanya zone of avoidance
Debat Shapley-Curtis

19. Debat Shapley-Curtis
Diskusi – siapa yang benar ??

20. Ukuran Galaksi kita, dan skala jarak di
dalamnya
 Pendapat Shapley kebanyakan benar!
Jarak dari nebula-nebula spiral, dan sebagai
implikasinya, apakah mereka merupakan
sistem-sistem extragalaktik atau bukan
 Pendapat Curtis kebanyakan benar – tapi taksiran
jarak ke M31 faktor lima lebih kecil
 Pengukuran-pengukuran van Maanen tidak benar
Tetapi debat tsb tidak terselesaikan sampai …
Debat Shapley-Curtis

21. Hubble memecahkan kontroversi
tsb…
Pada tahun 1923, Hubble menggunakan teleskop
100-inch Mount Wilson untuk memisahkan
piringan-piringan dari dua galaksi spiral yang dekat
(M31 and M33) ke dalam bintang-bintang
 Jika ini diasumsikan sebagai bintang-bintang dengan
luminositas intrinsik serupa dengan bintang-bintang
paling terang dalam Galaksi kita, maka M31 dan M33
terletak pada jarak yang sangat jauh dan pastilah
extragalactic (tapi ini bisa jadi juga gugus bintang atau
daerah-daerah HII)
Akhir 1923, Hubble menemukan Cepheid variables
dalam M31 yang menempatkannya pada jarak 300
kpc – jelas di luar bahkan MW menurut Shapley

22. Dan Trumpler menemukan debu
antar bintang …
Trumpler di Lick Observatory mempelajari
suatu sample open cluster
 Mengestimasi jarak menggunakan main sequence
fitting
 Mengestimasi ukuran dengan mengukur besar
sudutnya ( r = dΘ ), semua open cluster
diasumsikan memiliki diameter yang sama
 Cluster-cluster yang jauh terlihat lebih besar!
 Trumpler mempostulatkan bahwa hal ini disebabkan
oleh progressive dimming cahaya –
m – M = 5 log(d/10) + kd where k=0.79 mag/kpc
Absorpsi ini menjelaskan discrepancy antara
pekerjaan Kapteyn dan Shapley