Menengok ke Belakang Menuju Fajar Kosmik—Para Astronom Mengonfirmasi Galaksi Terlemah yang Pernah Terlihat

Menengok ke Belakang Menuju Fajar Kosmik—Para Astronom Mengonfirmasi Galaksi Terlemah yang Pernah Terlihat

Stempel Waktu: 13 Agustus 2023 10

Alam semesta tempat kita tinggal adalah alam semesta transparan, di mana cahaya dari bintang dan galaksi bersinar terang dengan latar belakang yang gelap dan jernih. Tapi ini tidak selalu terjadi—pada tahun-tahun awalnya, alam semesta dipenuhi kabut atom hidrogen yang mengaburkan cahaya dari bintang dan galaksi paling awal.

Sinar ultraviolet yang kuat dari bintang dan galaksi generasi pertama diperkirakan telah membakar kabut hidrogen, mengubah alam semesta menjadi seperti yang kita lihat sekarang. Sementara teleskop generasi sebelumnya tidak memiliki kemampuan untuk mempelajari benda-benda kosmik awal tersebut, para astronom sekarang menggunakan James Webb Space Telescopeteknologi superior untuk mempelajari bintang dan galaksi yang terbentuk segera setelah Big Bang.

Saya seorang astronom yang mempelajari galaksi terjauh di alam semesta menggunakan teleskop berbasis darat dan luar angkasa terkemuka di dunia. Menggunakan pengamatan baru dari teleskop Webb dan fenomena yang disebut lensa gravitasi, tim saya menegaskan keberadaan galaksi paling redup yang saat ini dikenal di awal alam semesta. Galaksi yang disebut JD1 ini terlihat seperti saat alam semesta baru berusia 480 juta tahun, atau 4 persen dari usianya sekarang.

Sejarah Singkat Alam Semesta Awal

Miliaran tahun pertama kehidupan alam semesta adalah a periode penting dalam evolusinya. Pada saat-saat pertama setelah Big Bang, materi dan cahaya terikat satu sama lain dalam “sup” yang panas dan padat partikel fundamental.

Namun, sepersekian detik setelah Big Bang, alam semesta berkembang sangat pesat. Ekspansi ini akhirnya memungkinkan alam semesta menjadi cukup dingin untuk memisahkan cahaya dan materi dari "sup" mereka dan—sekitar 380,000 tahun kemudian—membentuk atom hidrogen. Atom hidrogen muncul sebagai kabut intergalaksi, dan tanpa cahaya dari bintang dan galaksi, alam semesta menjadi gelap. Periode ini dikenal dengan zaman kegelapan kosmik.

Kedatangan bintang dan galaksi generasi pertama beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang memandikan alam semesta dengan sinar UV yang sangat panas, yang membakar—atau mengionisasi—kabut hidrogen. Proses ini menghasilkan alam semesta yang transparan, kompleks, dan indah yang kita lihat sekarang.

Para astronom seperti saya menyebut miliaran tahun pertama alam semesta—ketika kabut hidrogen ini habis terbakar—sebagai era reionisasi. Untuk memahami sepenuhnya periode waktu ini, kami mempelajari kapan bintang dan galaksi pertama terbentuk, apa sifat utamanya, dan apakah mereka mampu menghasilkan sinar UV yang cukup untuk membakar semua hidrogen.

[Embedded content]

Pencarian Galaksi Lemah di Alam Semesta Awal

Langkah pertama untuk memahami zaman reionisasi adalah menemukan dan mengonfirmasi jarak ke galaksi yang menurut para astronom mungkin bertanggung jawab atas proses ini. Karena cahaya bergerak dengan kecepatan terbatas, butuh waktu untuk sampai ke teleskop kita, demikian para astronom melihat objek sebagaimana adanya di masa lalu.

Misalnya, cahaya dari pusat galaksi kita, Bima Sakti, membutuhkan waktu sekitar 27,000 tahun untuk mencapai kita di Bumi, jadi kita melihatnya seperti 27,000 tahun yang lalu. Artinya, jika kita ingin melihat kembali ke saat-saat pertama setelah Big Bang (alam semesta berusia 13.8 miliar tahun), kita harus mencari objek pada jarak yang sangat jauh.

Karena galaksi-galaksi yang berada pada periode waktu ini sangat jauh, mereka tampak luar biasa redup dan kecil ke teleskop kita dan memancarkan sebagian besar cahayanya dalam bentuk inframerah. Ini berarti para astronom membutuhkan teleskop infra merah yang kuat seperti Webb untuk menemukannya. Sebelum Webb, hampir semua galaksi jauh yang ditemukan oleh para astronom luar biasa terang dan besar, hanya karena teleskop kita tidak cukup peka untuk melihat galaksi yang lebih redup dan lebih kecil.

Namun, populasi terakhirlah yang jauh lebih banyak, representatif, dan cenderung menjadi pendorong utama proses reionisasi, bukan yang cemerlang. Jadi, galaksi-galaksi redup inilah yang perlu dipelajari oleh para astronom lebih detail. Ini seperti mencoba memahami evolusi manusia dengan mempelajari seluruh populasi daripada beberapa orang yang sangat tinggi. Dengan mengizinkan kita melihat galaksi yang redup, Webb membuka jendela baru untuk mempelajari alam semesta awal.

Galaksi Awal yang Khas

JD1 adalah salah satu galaksi redup yang “khas”. Dulu ditemukan pada tahun 2014 dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble sebagai tersangka galaksi jauh. Tapi Hubble tidak memiliki kemampuan atau kepekaan untuk memastikan jaraknya—itu hanya bisa membuat tebakan.

Kecil dan pingsan di dekatnya galaksi kadang-kadang bisa disalahartikan sebagai galaksi yang jauh, jadi para astronom perlu memastikan jaraknya sebelum kita dapat membuat klaim tentang sifat-sifatnya. Oleh karena itu, galaksi jauh tetap menjadi "kandidat" sampai mereka dikonfirmasi. Teleskop Webb akhirnya memiliki kemampuan untuk mengonfirmasi ini, dan JD1 adalah salah satu konfirmasi besar pertama oleh Webb tentang kandidat galaksi yang sangat jauh yang ditemukan oleh Hubble. Konfirmasi ini memeringkatnya sebagai galaksi paling redup yang pernah terlihat di awal alam semesta.

Untuk memastikan JD1, tim astronom internasional dan saya menggunakan spektograf inframerah-dekat Webb, spesifikasi NIRS, untuk mendapatkan spektrum inframerah galaksi. Spektrum memungkinkan kami menentukan jarak dari Bumi dan menentukan usianya, jumlah bintang muda yang terbentuk, serta jumlah debu dan elemen berat yang dihasilkannya.

Cahaya terang (galaksi dan beberapa bintang) dengan latar belakang langit yang gelap. Satu galaksi redup ditampilkan dalam kotak yang diperbesar sebagai noda redup.
Langit penuh galaksi dan beberapa bintang. JD1, digambarkan dalam kotak yang diperbesar, adalah galaksi paling redup yang pernah ditemukan di awal alam semesta. Kredit Gambar: Guido Roberts-Borsani/UCLA; gambar asli: NASA, ESA, CSA, Universitas Teknologi Swinburne, Universitas Pittsburgh, STScI.

Lensa Gravitasi, Kaca Pembesar Alam

Bahkan untuk Webb, JD1 tidak mungkin dilihat tanpa bantuan dari alam. JD1 terletak di belakang gugusan besar galaksi terdekat, yang disebut Abel 2744, yang kekuatan gravitasi gabungannya membengkokkan dan memperkuat cahaya dari JD1. Efek ini, dikenal sebagai lensa gravitasi, membuat JD1 tampak lebih besar dan 13 kali lebih terang dari biasanya.

[Embedded content]

Tanpa lensa gravitasi, para astronom tidak akan melihat JD1, bahkan dengan Webb. Kombinasi perbesaran gravitasi JD1 dan gambar baru dari salah satu instrumen inframerah-dekat Webb lainnya, Kamera NIRC, memungkinkan tim kami mempelajari struktur galaksi dengan detail dan resolusi yang belum pernah ada sebelumnya.

Ini tidak hanya berarti kita sebagai astronom dapat mempelajari wilayah dalam galaksi awal, tetapi juga berarti kita dapat mulai menentukan apakah galaksi awal tersebut adalah sumber kecil, padat, dan terisolasi, atau apakah mereka bergabung dan berinteraksi dengan galaksi terdekat. Dengan mempelajari galaksi-galaksi ini, kita menelusuri kembali blok bangunan yang membentuk alam semesta dan memunculkan rumah kosmik kita.Percakapan

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Gambar Kredit: NASA/STScI

Stempel Waktu:

Lebih dari Hub Singularity