JWST melihat awal dari jaring kosmik

Jaring kosmik adalah struktur alam semesta berskala besar. Jika Anda dapat menyaksikan alam semesta kita terbentang dari Big Bang hingga hari ini, Anda akan melihat filamen ini (dan celah di antaranya) terbentuk seiring waktu. Sekarang, para astronom yang menggunakan JWST telah menemukan sepuluh galaksi yang membentuk versi paling awal dari struktur ini hanya 830 juta tahun setelah permulaan alam semesta.

“Jaring kosmik” dimulai sebagai fluktuasi densitas di awal alam semesta. Beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, materi (dalam bentuk gas primordial) memadat menjadi simpul di persimpangan lempeng dan filamen gas di kisi awal. Simpul dan filamen ini menampung bintang dan galaksi pertama. Secara alami, saat para astronom melihat ke masa lalu, mereka akan mencari versi awal jaring kosmik. Teknologi JWST memungkinkan mereka untuk melihat kembali benda-benda redup dan buram yang ada di sekitar tak lama setelah Big Bang.

10 galaksi yang diamati tim berbaris dalam filamen tipis sepanjang tiga juta tahun cahaya yang disatukan oleh quasar terang. Penampilannya mengejutkan tim dengan ukuran dan tempatnya dalam sejarah kosmik. “Ini adalah salah satu struktur filamen tertua yang ditemukan orang terkait dengan quasar yang jauh,” tambah Vig Wang dari University of Arizona di Tucson, peneliti utama program ini.

Bercita-cita untuk memahami alam semesta awal dan jaringan kosmik

Pengamatan JWST adalah bagian dari program pemantauan yang disebut ASPIRE: Survei Spektroskopi Bias Halos di Era Reionisasi. Ini menggunakan gambar dan spektrum dari 25 quasar yang ada di masa lalu ketika alam semesta mulai terang setelah “zaman kegelapan”. Idenya adalah untuk mempelajari pembentukan galaksi terdekat, serta kelahiran lubang hitam pertama. Selain itu, tim berharap untuk memahami bagaimana alam semesta awal diperkaya dengan unsur-unsur yang lebih berat (logam), dan bagaimana semua itu terjadi selama era reionisasi.

Tujuan ASPIRE adalah bagian penting dalam memahami asal usul dan evolusi alam semesta. “Penelitian kosmologi selama dua dekade terakhir telah memberi kita pemahaman yang kuat tentang bagaimana jaringan kosmik terbentuk dan berevolusi. ASPIRE bertujuan untuk memahami bagaimana kemunculan lubang hitam masif tertua dapat dimasukkan ke dalam kisah pembentukan struktur kosmologis kita saat ini,” jelas anggota tim Joseph Henawi dari University of California, Santa Barbara.

Fokus pada lubang hitam awal

Quasar memikat melalui ruang dan waktu. Mereka ditenagai oleh lubang hitam supermasif yang, bersama dengan jet yang kuat, menghasilkan cahaya dan emisi lainnya dalam jumlah yang luar biasa. Para astronom menggunakannya sebagai lilin standar untuk pengukuran jarak, serta sebagai cara untuk mempelajari wilayah ruang yang luas yang dilalui cahaya.

Setidaknya delapan quasar dalam studi Aspire memiliki lubang hitam yang terbentuk kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang. Massa lubang hitam ini berkisar antara 600 juta hingga 2 miliar kali massa matahari. Ini sangat besar dan menimbulkan banyak pertanyaan tentang pertumbuhan mereka yang cepat. Agar lubang hitam supermasif ini terbentuk dalam waktu sesingkat itu, ada dua kriteria yang harus dipenuhi. Pertama, Anda harus mulai tumbuh dari “benih” lubang hitam supermasif. Kedua, bahkan jika benih ini dimulai dengan massa yang setara dengan seribu matahari, ia masih perlu mengakumulasi materi sejuta kali lebih banyak pada tingkat maksimum yang mungkin sepanjang masa hidupnya, ”jelas Wang.

Agar lubang hitam ini tumbuh seperti itu, mereka membutuhkan banyak bahan bakar. Galaksi mereka juga sangat masif, yang bisa menjelaskan lubang hitam mengerikan di intinya. Lubang hitam tersebut tidak hanya menyedot banyak material, tetapi aliran keluarnya juga memengaruhi pembentukan bintang. Angin kencang dari lubang hitam dapat mencegah pembentukan bintang di galaksi induk. Angin seperti itu telah diamati di alam semesta terdekat tetapi tidak diamati secara langsung di era reionisasi,” kata Yang. “Ukuran angin terkait dengan struktur quasar. Dalam pengamatan Webb, kita melihat bahwa angin seperti itu ada di awal alam semesta.”

Mengapa usia?

Kita sering mendengar tentang para astronom yang ingin kembali ke zaman reionisasi. Mengapa tujuan yang membingungkan? Ini menawarkan pandangan pada saat bintang dan galaksi pertama terbentuk. Setelah Big Bang, bayi alam semesta berada dalam keadaan panas dan padat. Kita terkadang mendengarnya disebut sebagai sup alam semesta purba. Setelah itu, ekspansi mengambil alih dan keadaan mulai mendingin. Ini memungkinkan elektron dan proton bergabung untuk membentuk atom gas netral pertama. Itu juga memungkinkan penyebaran energi panas dari Big Bang. Para astronom mendeteksi radiasi ini. Itu bergeser merah di bagian gelombang mikro dari spektrum elektromagnetik. Para astronom menyebutnya radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB).

Sisi alam semesta awal ini memiliki sedikit fluktuasi densitas dalam materi yang mengembang. Zat itu adalah hidrogen netral. Belum ada bintang atau galaksi. Tapi, akhirnya, daerah dengan kepadatan tinggi ini mulai menggumpal di bawah pengaruh gravitasi, menyebabkan materi netral mulai menggumpal juga. Hal ini menyebabkan keruntuhan lebih lanjut dari daerah dengan kepadatan tinggi, yang akhirnya menyebabkan kelahiran bintang-bintang pertama. Mereka memanaskan material di sekitarnya, yang membuat lubang di zona netral – memungkinkan cahaya untuk melewatinya. Pada dasarnya, lubang (atau gelembung) dalam gas netral memungkinkan radiasi pengion untuk bergerak lebih jauh melalui ruang angkasa. Itu adalah awal dari era reionisasi. Satu miliar tahun setelah Big Bang, alam semesta sepenuhnya terionisasi.

Jadi, bagaimana Anda menjelaskan lubang hitam supermasif awal?

Menariknya, galaksi-galaksi awal yang ditemukan JWST, bersama dengan quasarnya, semuanya sudah ada, dengan lubang hitam supermasif di intinya. Pertanyaan utamanya tetap: Bagaimana mereka menjadi begitu besar dengan begitu cepat? Kehadiran mereka mungkin memberi tahu para astronom sesuatu tentang “kepadatan ekstra” di alam semesta bayi. Pertama, “benih” lubang hitam membutuhkan wilayah padat yang penuh dengan galaksi agar dapat terbentuk.

Namun, sejauh ini, pengamatan sebelum penemuan JWST hanya menemukan sedikit peningkatan kepadatan galaksi di sekitar lubang hitam supermasif tertua. Para astronom perlu melakukan lebih banyak pengamatan di era ini untuk menjelaskan alasannya. Program ASPIRE seharusnya membantu menjawab pertanyaan tentang umpan balik antara pembentukan galaksi dan penciptaan lubang hitam di era paling awal alam semesta ini. Sepanjang jalan, mereka juga harus melihat lebih banyak fragmen dari struktur berskala besar dari jaring kosmik alam semesta saat terbentuk.

untuk informasi lebih lanjut

Web NASA mengidentifikasi untaian pertama dari web kosmik
Bias Halos di Era Reionisasi (ASPIRE) Survei Spektroskopi: JWST mengungkapkan struktur filamen di sekitar az = 6.61 Quasar