Webb mengungkap raksasa alam semesta awal

Gambar detail dari salah satu galaksi pertama menunjukkan bahwa pertumbuhan alam semesta awal jauh lebih cepat daripada yang diperkirakan sebelumnya.

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 dengan tegas menempatkan alam semesta pada tahap balita.

Namun, galaksi-galaksi yang kita amati tentu saja bukan galaksi yang kekanak-kanakan, karena pengamatan baru mengungkap galaksi-galaksi yang lebih masif dan matang dibandingkan 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 tertua yang diketahui – dijuluki Gz9p3, sekarang diterbitkan di Astronomi alam.

Namanya berasal dari Kolaborasi kaca (nama tim peneliti internasional kami) dan fakta bahwa galaksi memiliki pergeseran merah z=9,3 dengan pergeseran merah adalah salah satu cara untuk menggambarkan jarak ke suatu objek – maka G dan z9p3.

Gz9p3, galaksi gabungan paling terang yang diketahui dalam 500 juta tahun pertama alam semesta (diamati oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb). Kiri: Pencitraan langsung menunjukkan inti ganda di wilayah tengah. Kanan: Fitur penampang cahaya memperlihatkan struktur menggumpal yang memanjang akibat penggabungan galaksi. Kredit: NASA

Dua tahun yang lalu, Gz9p3 muncul sebagai titik cahaya tunggal Teleskop Luar Angkasa Hubble. Tapi menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb Kita bisa mengamati objek ini seperti 510 juta tahun kemudian ledakan besar itusekitar 13 miliar tahun yang lalu.

Kami menemukan bahwa Gz9p3 jauh lebih masif dan matang dari yang diperkirakan untuk alam semesta muda, dan memang mengandung beberapa miliar bintang.

Sejauh ini, galaksi ini merupakan objek paling masif yang dikonfirmasi sejak saat itu, dan diperkirakan berukuran sepuluh kali lebih besar dibandingkan galaksi lain yang ditemukan di awal alam semesta.

Secara keseluruhan, hasil ini menunjukkan bahwa agar galaksi dapat mencapai ukuran sebesar ini, bintang-bintang harus berevolusi lebih cepat dan lebih efisien daripada yang kita duga sebelumnya.

Penggabungan galaksi terjauh di alam semesta awal

Gz9p3 tidak hanya berukuran besar, tetapi bentuknya yang rumit segera mengidentifikasinya sebagai salah satu penggabungan galaksi tertua yang pernah ada.

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

Ketika dua benda besar bersatu seperti ini, mereka melepaskan sejumlah materi dalam prosesnya. Jadi, material yang dibuang ini menunjukkan bahwa apa yang kami amati adalah salah satu merger terjauh yang pernah ada.

Teleskop James Webb – instrumen terbesar dan terkuat dari jenisnya yang pernah diluncurkan ke luar angkasa – menggunakan cermin utama setinggi 6,5 meter, terbuat dari 18 cermin heksagonal, dilapisi lapisan emas untuk menghasilkan beberapa gambar tertua alam semesta. Kredit gambar: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Selanjutnya, penelitian kami menggali lebih dalam untuk mengkarakterisasi gugus bintang yang membentuk galaksi yang bergabung. Dengan menggunakan JWST, kami dapat memeriksanya Spektrum galaksimembagi 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 cerdas yang tercipta dari penggabungan galaksi, berusia kurang dari beberapa juta tahun, melampaui populasi lansia yang sudah berusia lebih dari 100 juta tahun.

menggunakan Teknik analisis spektral Kita dapat menghasilkan pengamatan yang sedemikian rinci, sehingga kedua kelompok tersebut dapat dibedakan.

Model baru alam semesta awal

Populasi tua yang begitu besar tidak diperkirakan sebelumnya, mengingat bagaimana bintang-bintang awal terbentuk dan sudah cukup tua pada waktu kosmik ini. Spektroskopinya sangat detail sehingga kita dapat melihat ciri-ciri halus dari bintang-bintang kuno yang memberi tahu kita bahwa ada lebih banyak hal di luar sana daripada yang Anda kira.

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

Bukan hanya ukuran galaksi saja yang mengejutkan, namun juga kecepatan pertumbuhan mereka hingga mencapai kondisi matang secara kimiawi.

Pengamatan ini memberikan bukti pertambahan bintang dan logam yang cepat dan efisien segera setelah Big Bang, terkait dengan penggabungan galaksi yang sedang berlangsung, yang menunjukkan bahwa galaksi masif yang berisi miliaran bintang telah ada lebih awal dari yang diperkirakan.

Pengamatan tersebut memberikan bukti pertambahan bintang dan logam yang cepat dan efisien segera setelah Big Bang. Kredit gambar: NASA, ESA, Jennifer Lutz (STScI), Matt Mountain (STScI), Anton M. Koikimore (STScI), Tim HFF (STScI)

Galaksi yang terisolasi membangun populasi bintangnya sendiri Di tempat Namun, dengan terbatasnya pasokan gas, hal ini dapat memperlambat pertumbuhan galaksi.

Interaksi antargalaksi dapat menarik aliran gas murni baru, menyediakan bahan bakar yang dibutuhkan untuk pembentukan bintang dengan cepat, dan penggabungan memberikan saluran yang lebih cepat untuk pertambahan dan pertumbuhan massa.

Galaksi-galaksi terbesar di alam semesta modern kita mempunyai sejarah penggabungan, termasuk galaksi kita sendiri Bima Sakti Ia telah berkembang hingga mencapai ukuran sekarang melalui penggabungan berturut-turut dengan galaksi-galaksi yang lebih kecil.

Pengamatan terhadap Gz9p3 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 lainnya yang menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb mendorong para astrofisikawan untuk merevisi model tahun-tahun awal alam semesta.

Kosmologi kita tidak selalu salah, namun pemahaman kita tentang seberapa cepat galaksi terbentuk mungkin salah, karena ukurannya jauh lebih besar dari yang kita perkirakan.

Temuan baru ini muncul pada saat yang tepat ketika kita mendekati tanda dua tahun pengamatan ilmiah yang dilakukan dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb.

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

Tidak pernah ada waktu yang lebih menyenangkan untuk memahami rahasia awal alam semesta.

Referensi: “Galaksi besar yang berinteraksi 510 juta tahun setelah Big Bang” oleh Kristan Boyett, Michele Trinti, Nisha Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts Borsani, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Trio, Tucker Jones. Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themia Nanayakkara, Namrata Roy, Chen Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradac, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glezbrook, Laura Pinterici. , Eros Vanzella dan Benedetta Vulcani, 7 Maret 2024, Astronomi alam.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7

Penelitian ini dipimpin oleh Dr Kate Boyett dengan tim termasuk Profesor Michael Trinity dan Benjamin Mitha Niccolò Dalmaso Juga dari Universitas Melbourne dan Pusat Keunggulan ARC untuk Semua Astrofisika Langit dalam 3 Dimensi (ASTRO 3D). Sebuah tim peneliti internasional dibentuk 27 penulis dari 19 institusi di Australia, Thailand, Italia, Amerika Serikat, Jepang, Denmark dan Cina.