Webb Mengungkap Raksasa Alam Semesta Awal

Gambar detail dari salah satu galaksi pertama menunjukkan pertumbuhan di alam semesta awal jauh lebih cepat dari perkiraan semula.

Para astronom saat ini sedang menikmati periode penemuan yang bermanfaat, menyelidiki banyak misteri awal alam semesta.

Keberhasilan peluncuran Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), penerus Teleskop Luar Angkasa Hubble milik NASA, telah melampaui batas dari apa yang dapat kita lihat.

Pengamatan kini memasuki 500 juta tahun pertama setelah Big Bang, ketika usia alam semesta kurang dari lima persen dari usianya saat ini. Bagi manusia, masa ini akan menempatkan Alam Semesta pada tahap balita.

Namun galaksi-galaksi yang kita amati bukanlah galaksi yang kekanak-kanakan, dengan pengamatan baru yang mengungkapkan galaksi-galaksi yang lebih masif dan matang dari yang diperkirakan sebelumnya pada masa-masa awal, sehingga membantu menulis ulang pemahaman kita tentang pembentukan dan evolusi galaksi.

Tim peneliti internasional kami baru-baru ini melakukan observasi mendetail yang belum pernah terjadi sebelumnya terhadap salah satu galaksi paling awal yang diketahui – dijuluki Gz9p3, dan sekarang dipublikasikan di Astronomi Alam.

Namanya berasal dari kolaborasi Glass (nama tim peneliti internasional kami) dan fakta bahwa galaksi berada pada pergeseran merah z=9,3 di mana pergeseran merah adalah salah satu cara untuk menggambarkan jarak ke suatu objek – maka G dan z9p3.

Beberapa tahun yang lalu, Gz9p3 muncul sebagai satu titik cahaya melalui Teleskop Luar Angkasa Hubble. Namun dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb kita dapat mengamati objek ini seperti yang terjadi 510 juta tahun setelahnya Dentuman Besarsekitar 13 miliar tahun yang lalu.

Kami menemukan Gz9p3 jauh lebih masif dan matang dari yang diharapkan untuk alam semesta muda, yang sudah berisi beberapa miliar bintang.

Sejauh ini, objek paling masif yang dikonfirmasi sejak saat ini, diperkirakan 10 kali lebih masif dibandingkan galaksi lain yang ditemukan pada awal alam semesta.

Jika digabungkan, hasil-hasil ini menunjukkan bahwa agar galaksi dapat mencapai ukuran ini, bintang-bintang pasti berkembang jauh lebih cepat dan efisien daripada yang kita duga sebelumnya.

Penggabungan Galaksi Paling Jauh di Alam Semesta Awal

Gz9p3 ini tidak hanya berukuran besar, namun bentuknya yang kompleks segera mengidentifikasinya sebagai salah satu penggabungan galaksi paling awal yang pernah disaksikan.

Pencitraan galaksi JWST menunjukkan morfologi yang biasanya terkait dengan dua galaksi yang berinteraksi. Dan mergernya belum selesai karena masih melihat dua komponen.

Ketika dua benda besar bergabung seperti ini, mereka secara efektif membuang sebagian materi dalam prosesnya. Jadi, hal yang diabaikan ini menunjukkan bahwa apa yang kami amati adalah salah satu merger terjauh yang pernah ada.

Selanjutnya, penelitian kami melihat lebih dalam untuk menggambarkan populasi bintang-bintang yang membentuk galaksi-galaksi yang bergabung. Dengan menggunakan JWST, kami dapat memeriksa spektrum galaksi, membelah cahaya dengan cara yang sama seperti prisma membagi cahaya putih menjadi pelangi.

Jika hanya menggunakan pencitraan, sebagian besar penelitian terhadap objek yang sangat jauh ini hanya menunjukkan bintang-bintang yang sangat muda karena bintang-bintang yang lebih muda lebih terang sehingga cahayanya mendominasi data pencitraan.

Misalnya saja, populasi muda cerah yang dipicu oleh penggabungan galaksi, yang usianya kurang dari beberapa juta tahun, mengungguli populasi yang lebih tua yang sudah berusia lebih dari 100 juta tahun.

Dengan menggunakan teknik spektroskopi kita dapat menghasilkan pengamatan yang sedemikian rinci sehingga kedua populasi tersebut dapat dibedakan.

Model Baru Alam Semesta Awal

Populasi lanjut usia yang matang seperti itu tidak diantisipasi mengingat bagaimana bintang-bintang awal harus terbentuk agar bisa menua secara memadai pada waktu kosmik ini. Spektroskopinya sangat detail sehingga kita dapat melihat ciri-ciri halus dari bintang-bintang tua yang memberi tahu kita bahwa ada lebih banyak hal di sana daripada yang Anda kira.

Unsur-unsur spesifik yang terdeteksi dalam spektrum (termasuk silikon, karbon, dan besi) mengungkapkan bahwa populasi yang lebih tua harus ada untuk memperkaya galaksi dengan bahan kimia yang berlimpah.

Yang mengejutkan bukan hanya ukuran galaksinya saja, namun juga kecepatan pertumbuhannya hingga mencapai kondisi matang secara kimiawi.

Pengamatan ini memberikan bukti penumpukan bintang dan logam yang cepat dan efisien segera setelah Big Bang, terkait dengan penggabungan galaksi yang sedang berlangsung, menunjukkan bahwa galaksi besar dengan beberapa miliar bintang telah ada lebih awal dari yang diperkirakan.

Galaksi-galaksi yang terisolasi membangun populasi bintangnya di tempat dari cadangan gasnya yang terbatas, namun hal ini dapat memperlambat pertumbuhan galaksi.

Interaksi antargalaksi dapat menarik masuknya gas murni, menyediakan bahan bakar untuk pembentukan bintang secara cepat, dan merger memberikan saluran yang lebih cepat untuk akumulasi dan pertumbuhan massa.

Galaksi-galaksi terbesar di alam semesta modern kita semuanya mempunyai sejarah penggabungan, termasuk galaksi kita sendiri Bima Sakti yang telah berkembang hingga ukurannya saat ini melalui penggabungan berturut-turut dengan galaksi-galaksi yang lebih kecil.

Pengamatan Gz9p3 ini menunjukkan bahwa galaksi mampu mengakumulasi massa dengan cepat di alam semesta awal melalui penggabungan, dengan efisiensi pembentukan bintang yang lebih tinggi dari perkiraan kita.

Pengamatan ini dan observasi lain yang menggunakan JWST menyebabkan para ahli astrofisika menyesuaikan pemodelan tahun-tahun awal Alam Semesta.

Kosmologi kita tidak selalu salah, namun pemahaman kita tentang seberapa cepat galaksi terbentuk mungkin terjadi, karena galaksi tersebut lebih masif dari yang pernah kita yakini.

Hasil baru ini terjadi pada saat yang tepat karena kita mendekati tanda dua tahun pengamatan ilmiah yang dilakukan menggunakan JWST.

Seiring bertambahnya jumlah galaksi yang diamati, para astronom yang mempelajari alam semesta awal sedang bertransisi dari fase penemuan ke periode ketika kita memiliki sampel yang cukup besar untuk mulai membuat dan menyempurnakan model baru.

Saat ini adalah saat yang paling menyenangkan untuk memahami misteri awal alam semesta.

Referensi: “Galaksi masif yang berinteraksi 510 juta tahun setelah Big Bang” oleh Kristan Boyett, Michele Trenti, Nicha Leethochawalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts-Borsani, Nicolo Dalmasso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Treu, Tucker Jones , Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themiya Nanayakkara, Namrata Roy, Xin Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradač, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glazebrook, Laura Pentericci , Eros Vanzella dan Benedetta Vulcani, 7 Maret 2024, Astronomi Alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02218-7

Penelitian ini dipimpin oleh Dr. Kit Boyett dengan tim termasuk Profesor Michele Trenti, Benjamin Metha dan Nicolo Dalmasso juga dari Universitas Melbourne dan Pusat Keunggulan ARC untuk Semua Astrofisika Langit dalam 3 Dimensi (ASTRO 3D). Tim peneliti internasional terdiri dari 27 penulis dari 19 institusi di Australia, Thailand, Italia, Amerika Serikat, Jepang, Denmark, dan Tiongkok.