Itu adalah hari terakhir yang aktif di Hasil Sains Pertama dari JWST konferensi di Space Telescope Science Institute di Baltimore, AS, di mana diskusi beralih ke beberapa pengamatan yang luar biasa dari quasar di atas pergeseran merah 6, menunjukkan keberadaannya lebih dari 12.7 miliar tahun yang lalu.
Sebagai inti padat galaksi dengan lubang hitam supermasif yang sangat aktif, kita tahu bahwa quasar dapat bersinar berkali-kali lebih terang daripada galaksi induknya. Dalam pemaparannya, John Silverman dari University of Tokyo menggambarkan bagaimana data dari JWST's CEERS (Ilmu Rilis Awal Evolusi Kosmik) survei menindaklanjuti selusin quasar pergeseran merah tinggi yang awalnya diidentifikasi oleh Teleskop Subaru di Mauna Kea.
Sepanjang konferensi, para astronom bercanda bahwa pergeseran merah yang tinggi tidak lagi berarti seperti dulu. Sebelum JWST muncul, pergeseran merah tinggi untuk Teleskop Luar Angkasa Hubble berarti menyelesaikan galaksi induk quasar menjadi sekitar pergeseran merah 2, atau kira-kira 10 miliar tahun yang lalu. Sekarang, JWST sedang menyelesaikan struktur galaksi induk di sekitar quasar pada pergeseran merah 6 (hampir 12.7 miliar tahun lalu).
Banyak yang terjadi di Alam Semesta antara pergeseran merah 2 dan 6, dan para astronom tertarik untuk melihat apakah rasio massa lubang hitam supermasif di pusat galaksi relatif terhadap massa galaksi induknya (atau lebih khusus massa bintang dari tonjolan galaksi) masih bertahan pada pergeseran merah tertinggi. Jawabannya akan memberitahu kita tentang kondisi di mana lubang hitam supermasif dan galaksi terbentuk, dan bagaimana mereka mempengaruhi pertumbuhan satu sama lain.
Rasio massa antara lubang hitam supermasif dan tonjolan galaksi di sekitarnya adalah 1:200, dengan nilai ini diyakini terkait dengan umpan balik dari lubang hitam dalam bentuk aliran keluar radiasi yang memuntahkan materi. Hubungan tersebut pertama kali diukur melalui pengamatan dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble pada 1990-an, dengan Silverman menyebutnya "mendasar".
Ternyata galaksi pergeseran merah yang tinggi memang juga mengikuti hubungan ini. Silverman mengatakan bahwa para astronom telah menargetkan pergeseran merah 6 karena pada pergeseran merah inilah simulasi galaksi cenderung paling berbeda. Apa yang benar-benar dibutuhkan para astronom adalah beberapa data keras dan cepat untuk dimasukkan ke dalam simulasi, dan JWST dengan senang hati memenuhinya.
Galaksi tipikal yang menampung quasar pada pergeseran merah ini hanya 8% seterang quasar. Namun, sebenarnya mungkin untuk menghilangkan silau quasar dari gambar – karena quasar itu sendiri tampak seperti titik, ia bermanifestasi sebagai paku difraksi yang dapat dihilangkan dengan fungsi penyebaran titik.
JWST menemukan bahwa galaksi cukup padat dan berbentuk cakram, dengan lengan spiral yang terdefinisi dengan sangat baik dan palang pusat hanya satu miliar tahun setelah Big Bang. Dalam pembicaraannya, Madeline Marshall, dari NRC Herzberg di Victoria, Kanada, membahas hasil quasar high-redshift pertama dari JWST Spektrometer Inframerah Dekat (NIRSpec), menemukan lubang hitamnya berbobot miliaran massa matahari, dan massa galaksi induknya berada di wilayah ratusan miliar, oleh karena itu tampaknya mempertahankan rasio massa yang diamati pada pergeseran merah yang lebih rendah.
Bagaimana tepatnya lubang hitam tumbuh menjadi sangat masif di awal alam semesta masih diperdebatkan, tapi mudah-mudahan JWST akan mulai memberikan beberapa jawaban. Hanya untuk memberikan indikasi kekuatan teleskop, resolusi JWST sangat halus sehingga beberapa gambar quasar menunjukkan galaksi pendamping bergabung atau berinteraksi dengan galaksi utama, menampilkan ekor pasang surut dan semburan pembentukan bintang dengan kecepatan 30–50 massa matahari. per tahun.
Exoplanet dan cakram protoplanet
Sebelumnya pada hari itu, planet ekstrasurya dan cakram protoplanet menjadi sorotan. Olivier Berne dari Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie di Toulouse mengungkapkan solusi bagaimana planet dapat terbentuk di lingkungan kaya radiasi ultraviolet dari gugus bintang besar.
Gugus bintang ini menghasilkan bintang masif yang panas, muda, dan masif yang memancarkan banyak radiasi ultraviolet yang, pada prinsipnya, seharusnya mengikis cakram protoplanet di sekitar bintang bermassa lebih rendah di sekitarnya. Berné melaporkan bagaimana para astronom JWST, bekerja dengan rekan dari Array Milimeter/submilimeter Besar Atacama, telah mengamati kimia dari cakram yang rentan ini dan menemukan selubung hangat dari gas molekuler yang mengelilinginya.
Amplopnya kaya akan hidrokarbon aromatik polisiklik, yang memiliki tanda spektral inframerah kuat yang menonjol di JWST. Mereka juga memiliki keburaman ultraviolet yang tinggi, sehingga mereka mampu memblokir banyak ultraviolet berbahaya dari luar cakram, melindungi tahap awal pembentukan planet.
Di dalam piringan pembentuk planet
Salah satu piringan protoplanet di mana pembentukan planet telah berlangsung cukup jauh adalah PDS 70. Ini menjadi berita pada tahun 2018 dan 2021 ketika para astronom menggunakan ALMA dapat mencitrakan cincin di piringan PDS 70 yang tampaknya telah diukir oleh dua planet muda.
Giulia Perotti dari Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg mengungkapkan bagaimana JWST sekarang dapat mengukur kimia di wilayah dalam cakram protoplanet PDS 70. Tampaknya diperkaya dengan butiran debu kecil yang telah diproses secara termal, kemungkinan karena semburan dari bintang muda. Cakram bagian dalam, sementara itu, bengkok, kemungkinan karena pengaruh planet lain yang tak terlihat. Secara kimiawi, air dan oksigen juga terdeteksi di cakram. PDS 70 terus menjadi contoh planet yang paling banyak dipelajari yang terbentuk di dalam piringan gas dan debu.
Atmosfer WASP
Sementara itu, Kevin Stevenson Laboratorium Fisika Terapan Johns Hopkins memperbarui delegasi tentang pengamatan JWST terhadap atmosfer planet ekstrasurya yang lebih tua. Pertama, dia menceritakan pengamatan teleskop luar angkasa terhadap WASP-39b – “Jupiter panas” yang berjarak 700 tahun cahaya.
Pengamatan ini dilakukan saat WASP-39b sedang transit di bintangnya, dengan sebagian cahaya bintang diserap oleh atom dan molekul di atmosfer planet saat melewatinya. Dengan menggunakan “spektroskopi transmisi” ini, JWST mendeteksi karbon monoksida, kalium, natrium, dan air di atmosfer WASP-39b, serta sulfur dioksida, yang merupakan produk fotokimia.
Ini adalah pertama kalinya proses fotokimia, di mana radiasi dari molekul pengubah bintang, terdeteksi di planet ekstrasurya mana pun. Tidak adanya garis metana yang kuat pada 3.3 mikron juga merupakan bukti bahwa fotokimia mengubah metana menjadi spesies molekuler lainnya.
Stevenson kemudian melanjutkan untuk melihat hasil dari Jupiter panas lainnya – planet WASP-43b, yang terletak 284 tahun cahaya. Ketika pendahulu JWST, Teleskop Luar Angkasa Spitzer, mengamati WASP-43b, ia tidak dapat mendeteksi emisi termal apa pun dari sisi malam planet, yang berarti pasti dingin, di luar batas deteksi Spitzer.
Stevenson mengungkapkan bahwa JWST sekarang telah mendeteksi emisi termal yang samar ini, dan – meskipun dia tidak dapat memberikan perincian – dia menjelaskan bagaimana membuat pengukuran ini dan mengukur suhu sisi malam akan memungkinkan para ilmuwan untuk lebih membatasi sifat-sifat dari penguncian pasang surut- atmosfer planet.
TRAPPIST-1 yang menggiurkan
Kami juga mendengar temuan baru dari sistem planet TRAPPIST-1, yang terdiri dari tujuh planet yang mengorbit di sekitar bintang katai merah berjarak 40 tahun cahaya. Björn Benneke dari Universitas Montreal mengungkapkan bahwa JWST telah melakukan pengintaian terhadap atmosfer beberapa dunia TRAPPIST-1.
Meskipun dia belum bisa mengatakan apa-apa tentang apa yang telah terdeteksi secara positif oleh JWST di atmosfer mereka, dia mengungkapkan bahwa planet ketujuh, TRAPPIST-1g, mungkin tidak memiliki atmosfer tebal yang kaya akan hidrogen. Ini tampaknya akan mengesampingkan itu yang disebut Dunia 'Hycean', terdiri dari lautan yang tetap hangat oleh hamparan hidrogen yang tebal. Karena planet 'g' berada di tepi paling luar zona layak huni TRAPPIST-1, ini mungkin berarti bahwa tanpa atmosfer penyekat yang tebal, TRAPPIST-1g mungkin terlalu dingin untuk dapat dihuni kehidupan seperti yang kita ketahui.
Konferensi tiga hari tersebut merupakan pratinjau yang menarik tentang bagaimana JWST mulai mengubah penelitian astronomi dan memungkinkan kami untuk mendeteksi hal-hal yang benar-benar di luar kemampuan para astronom sampai sekarang. Kadang-kadang presentasi konferensi sangat minim detail – banyak yang mengatakan bahwa mereka akan berbicara lebih banyak tahun depan, terutama di Pertemuan ke-241 dari American Astronomical Society (AAS) pada 8-12 Januari di Seattle.
Namun, kita harus ingat bahwa JWST baru mengumpulkan data selama hampir enam bulan. Mengingat kerumitan teleskop dan informasi yang dikumpulkannya, para astronom memastikan untuk berhati-hati dengan temuan mereka. Jika hasil awal dari konferensi sains JWST pertama ini merupakan indikasi, maka beberapa tahun ke depan bisa menjadi saat yang paling menarik bagi astrofisikawan, kosmolog, dan ilmuwan planet.
Pos Quasar, planet ekstrasurya, dan atmosfer dunia yang jauh: lebih lanjut tentang hasil pertama dari JWST muncul pertama pada Dunia Fisika.
