Penemuan Tak Terduga “Galaksi Mustahil” Mendobrak Batasan Astronomi

PEARLSDG, galaksi katai terisolasi yang ditemukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webbmenentang teori evolusi galaksi standar dengan tidak membentuk bintang baru, yang menunjukkan perlunya merevisi pemahaman kita tentang galaksi.

Sebuah tim astronom, yang dipimpin oleh Asisten Ilmuwan Riset Arizona State University, Tim Carleton, telah menemukan galaksi kerdil yang muncul dalam pencitraan James Webb Space Telescope (JWST) yang bukan merupakan target observasi utama.

Galaksi-galaksi terikat oleh gravitasi dan terdiri dari bintang-bintang dan planet-planet, dengan awan debu dan gas yang luas serta materi gelap. Galaksi katai adalah galaksi yang paling melimpah di alam semesta, dan menurut definisinya berukuran kecil dengan luminositas rendah. Mereka memiliki kurang dari 100 juta bintang, sedangkan Bima Saktimisalnya, memiliki hampir 200 miliar bintang.

Memahami Galaksi Katai

Pengamatan galaksi katai baru-baru ini terhadap kelimpahan “galaksi ultra-difusi” di luar jangkauan survei spektroskopi besar sebelumnya menunjukkan bahwa pemahaman kita tentang populasi galaksi katai mungkin tidak lengkap.

Dalam studi yang baru diterbitkan, Carleton dan timnya awalnya mengamati sekelompok galaksi sebagai bagian dari proyek JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS).

Galaksi katai, PEARLSDG, kebetulan muncul dalam beberapa pencitraan JWST yang dilakukan tim. Itu bukanlah targetnya sama sekali — hanya agak jauh dari lapangan observasi utama, di area luar angkasa di mana mereka tidak menyangka akan melihat apa pun.

Hasilnya telah dipublikasikan di Surat Jurnal Astrofisika.

Terobosan dalam Penelitian Galaksi

PEARLSDG tidak memiliki karakteristik galaksi katai seperti yang diharapkan. Ia tidak berinteraksi dengan galaksi terdekat, namun juga tidak membentuk bintang baru. Ternyata, ini adalah kasus menarik dari galaksi diam yang terisolasi.

“Galaksi katai diam terisolasi seperti ini belum pernah terlihat sebelumnya, kecuali dalam beberapa kasus. Mereka diperkirakan tidak ada mengingat pemahaman kita saat ini tentang evolusi galaksi, jadi fakta bahwa kita melihat objek ini membantu kita meningkatkan teori pembentukan galaksi,” kata Carleton. “Umumnya, galaksi kerdil yang berada di luar sana terus membentuk bintang-bintang baru.”

Hingga saat ini, pemahaman para astronom tentang evolusi galaksi menunjukkan adanya galaksi terisolasi yang terus membentuk bintang-bintang muda atau akan berinteraksi dengan galaksi pendamping yang lebih masif. Teori ini tidak berlaku untuk PEARLSDG, yang muncul sebagai populasi bintang tua, tidak membentuk bintang baru dan juga tetap tinggal sendiri.

Yang lebih mengejutkan lagi, masing-masing bintang dapat diamati pada gambar JWST tim. Bintang-bintang ini lebih terang pada panjang gelombang JWST; ini adalah salah satu galaksi terjauh di mana kita dapat melihat bintang-bintang ini dengan tingkat detail seperti ini. Kecerahan bintang-bintang ini memungkinkan para astronom mengukur jaraknya — 98 juta tahun cahaya.

Teknik Astronomi Inovatif

Untuk penelitian ini, Carleton, yang merupakan asisten ilmuwan peneliti di Beus Center for Cosmic Foundations di School of Earth and Space Exploration di ASU, dan tim menggunakan berbagai macam data.

Ini termasuk data pencitraan dari Near-InfraRed Camera (NIRCam) JWST; data spektroskopi dari DeVeny Optical Spectrograph di Lowell Discovery Telescope di Flagstaff, Arizona; pencitraan arsip dari NASAteleskop luar angkasa Galex dan Spitzer; dan pencitraan berbasis darat dari Sloan Digital Sky Survey dan Dark Energy Camera Legacy Survey.

NIRCam JWST memiliki resolusi sudut dan sensitivitas yang sangat tinggi, memungkinkan tim untuk mengidentifikasi masing-masing bintang di galaksi yang jauh ini. Sama seperti sel-sel individual yang menjadi fokus di bawah mikroskop, pengamatan ini membawa komponen PEARLSDG ke dalam fokus yang tajam.

Yang penting, mengidentifikasi bintang-bintang tertentu dalam pencitraan memberikan petunjuk kunci mengenai jaraknya – bintang-bintang ini memiliki kecerahan intrinsik tertentu, sehingga dengan mengukur kecerahan nyata mereka dengan JWST, tim dapat menentukan seberapa jauh jaraknya. Ternyata bintang-bintang ini adalah salah satu bintang terjauh dari jenisnya yang dapat diamati.

Semua data pencitraan arsip, yang diamati pada panjang gelombang ultraviolet, optik, dan inframerah, dikumpulkan untuk mempelajari warna PEARLSDG. Bintang yang baru terbentuk memiliki tanda warna tertentu, sehingga tidak adanya tanda tersebut digunakan untuk menunjukkan bahwa PEARLSDG tidak membentuk bintang baru.

Spektrograf DeVeney di Teleskop Penemuan Lowell menyebarkan cahaya objek astronomi ke dalam komponen-komponennya yang berbeda, memungkinkan para astronom mempelajari sifat-sifatnya secara mendetail. Misalnya, pergeseran panjang gelombang spesifik yang diamati pada fitur-fitur dalam data spektroskopi mengkodekan informasi tentang pergerakan PEARLSDG, menggunakan “efek doppler” yang sama yang digunakan senjata radar untuk mengukur kecepatan pengemudi di jalan raya Arizona.

Ini adalah kunci untuk menunjukkan bahwa PEARLSDG tidak terkait dengan galaksi lain dan benar-benar terisolasi.

Selain itu, fitur-fitur tertentu dalam spektrum sensitif terhadap keberadaan bintang-bintang muda, sehingga tidak adanya fitur-fitur tersebut semakin menguatkan pengukuran tidak adanya bintang-bintang muda dari data pencitraan.

“Ini benar-benar bertentangan dengan ekspektasi orang terhadap galaksi kerdil seperti ini,” kata Carleton.

Penemuan ini mengubah pemahaman para astronom tentang bagaimana galaksi terbentuk dan berevolusi. Hal ini menunjukkan kemungkinan bahwa banyak galaksi diam yang terisolasi sedang menunggu untuk diidentifikasi dan JWST memiliki alat untuk melakukannya.

Referensi: “MUTIARA: Galaksi Katai Diam yang Berpotensi Terisolasi dengan Ujung Cabang Raksasa Merah Jarak 30 Mpc” oleh Timothy Carleton, Timothy Ellsworth-Bowers, Rogier A. Windhorst, Seth H. Cohen, Christopher J. Conselice, Jose M .Diego, Adi Zitrin, Haylee N. Archer, Isabel McIntyre, Patrick Kamieneski, Rolf A. Jansen, Jake Summers, Jordan CJ D’Silva, Anton M. Koekemoer, Dan Coe, Simon P. Driver, Brenda Frye, Norman A. Grogin, Madeline A. Marshall, Mario Nonino, Nor Pirzkal, Aaron Robotham, Russell E. Ryan, Rafael Ortiz, Scott Tompkins, Christopher NA Willmer, Haojing Yan dan Benne W. Holwerda, 31 Januari 2024, Surat Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b56

Penelitian ini dipresentasikan pada konferensi pers AAS 243 bulan Januari: Oddities in the Sky, dan dapat dilihat di sini.