Akhirnya kita tahu apa yang menjadi sorotan di awal sejarah: ScienceAlert

Kita akhirnya mengetahui apa yang membawa cahaya ke dalam kehampaan alam semesta awal yang gelap dan tak berbentuk.

Menurut data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble dan James Webb, asal mula foton yang terbang bebas pada awal mula alam semesta adalah galaksi katai kecil tempat kehidupan berkobar, membersihkan kabut hidrogen keruh yang memenuhi ruang antargalaksi. Kertas baru Penelitian ini dipublikasikan pada bulan Februari.

“Penemuan ini mengungkapkan peran penting galaksi ultra-redup dalam evolusi alam semesta awal.” Kata ahli astrofisika Irina Chemerinska Institut Astrofisika di Paris.

“Mereka menghasilkan foton pengion yang mengubah hidrogen netral menjadi plasma terionisasi selama reionisasi kosmik. Hal ini menyoroti pentingnya memahami galaksi bermassa rendah dalam membentuk sejarah alam semesta.”

Pada awal mula alam semesta, beberapa menit setelah Big Bang, ruang angkasa dipenuhi kabut tebal plasma terionisasi. Sedikit cahaya yang ada bisa menembus kabut ini; Sebaliknya, foton-foton tersebut hanya akan dihamburkan oleh elektron-elektron bebas yang melayang-layang, sehingga secara efektif membuat alam semesta menjadi gelap.

Saat alam semesta mendingin, setelah sekitar 300.000 tahun, proton dan elektron mulai bersatu membentuk gas hidrogen netral (dan sedikit helium). Sebagian besar panjang gelombang cahaya mampu menembus media netral ini, namun hanya ada sedikit sumber cahaya yang dapat memproduksinya. Namun dari hidrogen dan helium ini, bintang-bintang pertama lahir.

Bintang-bintang pertama ini memancarkan radiasi yang cukup kuat untuk melepaskan elektron dari intinya dan mengionisasi ulang gas. Namun pada titik ini, alam semesta telah mengembang sedemikian rupa sehingga gasnya tersebar dan tidak dapat lagi menghalangi cahaya untuk bersinar. Sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang, akhir periode yang dikenal sebagai fajar kosmik, alam semesta mengalami reionisasi sepenuhnya. Tada! Lampu menyala.

Namun karena ada begitu banyak kekaburan dalam fajar kosmik, dan karena sangat redup dan jauh melintasi ruang dan waktu, kita kesulitan melihat apa yang ada di luar sana. Para ilmuwan mengira sumber yang bertanggung jawab atas sebagian besar kabut ini pasti sangat kuat—lubang hitam raksasa yang pertambahannya menghasilkan cahaya terang, misalnya, dan galaksi raksasa di tengah-tengah pembentukan bintang (bintang bayi menghasilkan banyak radiasi ultraviolet).

Teleskop James Webb dirancang sebagian untuk melihat awal mula alam semesta dan mencoba mencari tahu apa yang tersembunyi di sana. Ini adalah kesuksesan besar, mengungkapkan segala macam kejutan tentang masa penting dalam pembentukan alam semesta kita. Yang mengejutkan, pengamatan teleskop kini menunjukkan bahwa galaksi katai adalah pemain utama dalam reionisasi.

Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh astrofisikawan Hakim Atiq dari Institut Astrofisika di Paris beralih ke data Teleskop James Webb tentang sekelompok galaksi bernama Abell 2744, yang didukung oleh data dari Hubble. Abell 2744 sangat padat sehingga ruangwaktu membelok di sekitarnya, membentuk lensa kosmik. Setiap cahaya jauh yang bergerak menuju kita melalui ruang-waktu ini akan diperbesar. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk melihat galaksi katai kecil di dekat fajar kosmik.

Mereka kemudian menggunakan Teleskop James Webb untuk memperoleh spektrum detail galaksi-galaksi kecil tersebut. Analisis mereka mengungkapkan bahwa galaksi katai ini bukan hanya jenis galaksi yang paling melimpah di alam semesta awal, namun juga jauh lebih terang dari yang diperkirakan. Faktanya, penelitian tim menunjukkan bahwa jumlah galaksi kerdil melebihi galaksi besar 100 berbanding satu, dan total keluarannya empat kali lipat dari radiasi pengion yang biasanya diasumsikan untuk galaksi yang lebih besar.

“Jika digabungkan, kekuatan kosmik ini memancarkan energi lebih dari cukup untuk menyelesaikan misi.” ujar Atik“Meskipun ukurannya kecil, galaksi bermassa rendah ini menghasilkan radiasi energik dalam jumlah besar, dan kelimpahannya selama periode ini begitu besar sehingga dampak kolektifnya dapat mengubah seluruh keadaan alam semesta.”

Ini adalah bukti terbaik mengenai kekuatan di balik reionisasi, namun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Para peneliti mengamati sepetak kecil langit; Mereka perlu memastikan bahwa sampel yang mereka pilih bukan sekadar kumpulan galaksi katai yang anomali, melainkan sampel yang mewakili seluruh populasi pada awal mula alam semesta.

Para ilmuwan bermaksud mempelajari lebih banyak wilayah lensa kosmik di langit untuk mendapatkan sampel cluster galaksi awal yang lebih luas. Namun hasilnya sangat menarik untuk sampel ini saja. Para ilmuwan telah mencari jawaban atas reionisasi sejak kita mengetahuinya. Dan akhirnya kita akan menghilangkan kabut tersebut.

“Kami sekarang telah memasuki wilayah yang belum dipetakan dengan JWST.” kata ahli astrofisika Thimya Nanayakkara Dari Universitas Teknologi Swinburne di Australia.

“Pekerjaan ini membuka lebih banyak pertanyaan menarik yang perlu kita jawab dalam upaya kita memetakan sejarah evolusi awal mula kita.”

Penelitian ini dipublikasikan di alam.

Versi asli artikel ini diterbitkan pada Maret 2024.