Spektrometer JWST memurnikan pergeseran merah galaksi jauh

Instrumen NIRSpec pada James Webb Space Telescope (JWST) telah mengungkapkan bahwa galaksi jauh yang sebelumnya dianggap berada pada pergeseran merah 16.4 yang memecahkan rekor sebenarnya jauh lebih dekat ke Bumi. Studi tersebut juga mengkonfirmasi bahwa beberapa objek lain yang diamati oleh JWST termasuk galaksi terjauh yang pernah dilihat.

Pergeseran merah kosmologis adalah ukuran berapa banyak cahaya galaksi telah direntangkan menjadi panjang gelombang yang lebih panjang dan lebih merah akibat perluasan alam semesta. Semakin tinggi pergeseran merah, semakin banyak waktu yang dihabiskan cahaya dari galaksi untuk bergerak melalui kosmos yang mengembang. Ini berarti bahwa kita melihat objek dengan pergeseran merah yang tinggi seperti yang muncul di masa lalu – dan objek tersebut berada sangat jauh.

Para astronom sangat tertarik mempelajari galaksi high-redshift karena mereka memberikan jendela ke alam semesta awal. Memang, pengamatan baru-baru ini mendukung gambaran yang muncul bahwa galaksi di alam semesta awal lebih masif, lebih berkembang, dan lebih bercahaya daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Beberapa galaksi redup

Pada musim panas 2022, survei mendalam pertama JWST terhadap alam semesta jauh menemukan beberapa galaksi redup yang diperkirakan merupakan galaksi pergeseran merah tertinggi yang pernah dilihat.

Satu objek disebut Galaksi Maisie yang ditemukan dalam data JWST oleh tim yang dipimpin oleh Steve Finkelstein dari Universitas Texas di Austin. Galaksi awalnya diperkirakan berada pada pergeseran merah 14.3, yang menempatkannya hanya 280 juta tahun setelah Big Bang. Kandidat lain, CEERS-93316, ditemukan oleh tim yang dipimpin oleh Callum Donna dari University of Edinburgh, tampaknya berada pada pergeseran merah 16.4, yang setara dengan hanya 250 juta tahun setelah Big Bang.

Sebagai perbandingan, galaksi terkonfirmasi terjauh yang diketahui sebelum peluncuran JWST adalah Gn-z11, yang memiliki pergeseran merah 11.6.

Pergeseran merah yang direvisi

Pengukuran JWST awal ini dilakukan dengan menggunakan teknik fotometrik, yang mengukur kemerahan keseluruhan galaksi. Meskipun teknik ini dapat digunakan pada objek yang redup dan jauh, teknik ini dapat dipengaruhi oleh adanya debu dan tidak seakurat mengukur pergeseran garis spektral individu. Sekarang, tim astronom telah menggunakan JWST's Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) untuk mengamati galaksi dan menyempurnakan perkiraan redshift - dengan hasil yang beragam.

“Sayangnya, kandidat redshift 16.4 [CEERS-93316] ternyata redshift rendah,” kata Donnan, anggota tim yang dipimpin oleh Pablo Arrabal Haro dari NOIRLab di Arizona. Karena data NIRSpec segera dipublikasikan tanpa waktu yang terbatas bagi para ilmuwan yang mengusulkan pengamatan, tim Haro harus menulis makalah mereka dalam waktu kurang dari tiga hari untuk menghindari pukulan telak.

Alih-alih berada di 16.4, CEERS-93316 ditemukan sebagai galaksi berdebu dengan pergeseran merah 4.9, artinya kita melihatnya seperti yang ada 12.5 miliar tahun yang lalu. Tim Donnan sebelumnya mengira mereka memiliki alasan yang kuat untuk memecahkan rekor pergeseran merah, terutama karena galaksi menampilkan emisi biru dan ultraviolet yang kuat dalam kerangka istirahatnya (seperti yang terlihat dengan pergeseran merah yang dihilangkan).

Namun, kombinasi garis emisi yang sangat kuat digabungkan dengan fakta bahwa salah satu garis tersebut, dengan panjang gelombang hidrogen-alfa, berada di posisi di mana tiga filter NIRSpec tumpang tindih sehingga garis emisi berkontribusi pada ketiganya, memberikan kesan keliru bahwa CEERS-93316 adalah galaksi yang secara intrinsik bercahaya pada pergeseran merah yang jauh lebih tinggi.

Galaksi Maisie

Ada berita yang lebih baik dalam pertaruhan pergeseran merah untuk Maisie's Galaxy, yang terungkap berada pada pergeseran merah 11.4. Ini masih merupakan pergeseran merah yang sangat tinggi dan menunjukkan galaksi yang bebas debu. Galaksi ini juga memiliki laju pembentukan bintang yang relatif tinggi dan massa bintang total 250 juta kali massa Matahari. Massa ini telah berkembang selama periode 30–120 juta tahun sebelum kita melihat Galaksi Maisie.

Delapan galaksi lainnya kini juga telah ditunjukkan oleh NIRSpec memiliki pergeseran merah lebih besar dari 10. Pemegang rekor saat ini adalah JADES-GS-z13-0, yang memiliki pergeseran merah 13.2 yang dikonfirmasi secara spektroskopi dan yang kita lihat ada hanya 350 juta tahun setelah Big Bang.

Donnan masih berharap JWST akan dapat menemukan galaksi dengan pergeseran merah spektroskopi lebih besar dari 14. “Itu mungkin, terutama dalam pencitraan yang lebih dalam,” katanya. Dunia Fisika.

Produksi debu

Bukan berarti galaksi yang dipelajari dengan baik pada pergeseran merah 4.9 adalah sesuatu yang bisa diendus. Mempelajari sifat-sifat galaksi yang ada ketika alam semesta berusia lebih dari satu miliar tahun sangat penting untuk memahami bagaimana galaksi berkembang dalam hal pembentukan bintangnya. Hal ini dapat disimpulkan dari jumlah debu yang dihasilkan oleh bintang-bintang dari generasi berikutnya – debu yang sama yang menyebabkan CEERS-93316 tampak lebih merah.

“Kami perlu melakukan analisis yang lebih detail tentang properti CEERS-93316, tetapi tampaknya berdebu,” kata Donnan. “Kita perlu melihat sejarah pembentukan bintangnya jika kita ingin memahami bagaimana hal itu terjadi.”

Sementara itu, pengamatan lebih lanjut direncanakan untuk galaksi pergeseran merah yang sangat tinggi seperti Galaksi Maisie menurut Finkelstein, yang juga terlibat dalam studi NIRSpec.

Spektroskopi yang lebih dalam

"Langkah selanjutnya adalah spektroskopi yang lebih dalam, untuk menyelidiki dengan tepat apa yang menyebabkan [Galaksi Maisie] menjadi sangat biru," katanya, mengacu pada warna bingkai-sisanya. Teori utama adalah bahwa galaksi awal seperti Galaksi Maisie memiliki proporsi bintang bercahaya, biru, dan masif yang lebih tinggi dibandingkan dengan galaksi saat ini. Pengamatan menggunakan salah satu teleskop Keck 10 meter di Hawaii sudah dilakukan, dan Finkelstein berharap dapat menindaklanjuti dengan JWST di masa mendatang.

“Kami akan mencari fitur garis emisi UV istirahat yang lebih lemah, yang merupakan diagnostik untuk hal-hal termasuk keberadaan bintang yang sangat masif dan juga seberapa kuat cahaya bintang dari bintang yang kita lihat,” kata Finkelstein.

Pada akhirnya, temuan ini mengingatkan akan perlunya konfirmasi spektroskopi pergeseran merah galaksi dan bahwa sampai pengukuran tersebut dilakukan, kita harus mengambil klaim pergeseran merah fotometrik yang memecahkan rekor dengan hati-hati.

Penelitian ini dijelaskan dalam pracetak aktif arXiv.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/