Webb menangkap kelahiran galaksi tertua di alam semesta untuk pertama kalinya

Ilustrasi ini menunjukkan sebuah galaksi yang terbentuk hanya beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, ketika gas tersebut merupakan campuran gas transparan dan buram selama masa reionisasi. Data dari Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA menunjukkan bahwa terdapat banyak gas dingin dan netral di sekitar galaksi-galaksi awal ini, dan gas tersebut mungkin lebih padat dari yang diperkirakan.
Webb mengamati galaksi-galaksi ini sebagai bagian dari Survei Sains Rilis Awal Evolusi Kosmik (CEERS) beberapa bulan setelah pengamatan dimulai pada tahun 2022. CEERS mencakup gambar dan data yang dikenal sebagai spektrum dari rana kecil di pesawat NIRSpec (spektrograf inframerah dekat). Data dari CEERS segera dirilis untuk mendukung penemuan seperti ini sebagai bagian dari program Early Release Science (ERS) Webb. Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)

menggunakan Teleskop Luar Angkasa James WebbPara peneliti dari Universitas Kopenhagen menjadi orang pertama yang menemukan pembentukan tiga galaksi tertua di alam semesta, lebih dari 13 miliar tahun lalu.

Untuk pertama kalinya dalam sejarah astronomi, para peneliti di Niels Bohr Institute menyaksikan lahirnya tiga galaksi tertua yang pernah ada di alam semesta, antara 13,3 dan 13,4 miliar tahun lalu.

Penemuan ini dilakukan dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang memberikan kita “pengamatan langsung” pertama tentang pembentukan galaksi di Bumi.

Melalui teleskop, para peneliti dapat melihat sinyal dari sejumlah besar gas yang terakumulasi dan terakumulasi di sebuah galaksi kecil yang sedang dibangun. Meskipun galaksi terbentuk berdasarkan teori dan simulasi komputer, hal ini belum pernah terlihat sebelumnya.

“Bisa dibilang ini adalah gambar 'langsung' pertama dari pembentukan galaksi yang pernah kita lihat. “Meskipun James Webb sebelumnya menunjukkan kepada kita galaksi-galaksi awal dalam tahap perkembangan selanjutnya, di sini kita menyaksikan kelahirannya, dan dengan demikian konstruksi galaksi tersebut. sistem bintang pertama di alam semesta,” kata Associate Professor Casper Elm-Heintz dari Niels Bohr Institute, yang memimpin studi baru ini.

Studi ini dipublikasikan di jurnal ilmiah bergengsi Sains.

Bagaimana mereka melakukannya?

Para peneliti mampu mengukur pembentukan galaksi-galaksi pertama di alam semesta menggunakan model-model canggih tentang bagaimana cahaya dari galaksi-galaksi ini diserap oleh gas netral yang ada di dalam dan di sekitarnya. Transisi ini dikenal sebagai transisi Lyman-alpha.

Dengan mengukur cahaya, peneliti dapat membedakan gas dari galaksi yang baru terbentuk dengan gas lainnya. Pengukuran ini hanya mungkin dilakukan berkat kemampuan pencitraan spektroskopi inframerah yang sangat sensitif dari Teleskop Luar Angkasa James Webb.

Galaksi lahir tak lama setelah Big Bang

Para peneliti memperkirakan kelahiran ketiga galaksi tersebut terjadi sekitar 400 hingga 600 juta tahun setelah kemunculannya. ledakan besar ituLedakan yang memulai semuanya. Walaupun tampaknya memakan waktu yang lama, hal ini berkaitan dengan galaksi-galaksi yang terbentuk pada tiga hingga empat persen pertama dari total usia alam semesta yaitu 13,8 miliar tahun.

Tak lama setelah Big Bang, alam semesta berupa gas atom hidrogen yang masif dan buram – tidak seperti saat ini, di mana langit malam dihiasi dengan selimut bintang-bintang yang berbatas jelas.

“Dalam beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, bintang-bintang pertama terbentuk, sebelum bintang dan gas mulai bergabung menjadi galaksi. Ini adalah proses yang kita lihat dimulai dari pengamatan kami,” jelas Associate Professor Darach Watson.

Kelahiran galaksi terjadi pada suatu masa dalam sejarah alam semesta yang dikenal sebagai Era Reionisasi, ketika energi dan cahaya dari beberapa galaksi pertama menembus awan gas hidrogen.

Gas hidrogen dalam jumlah besar ini ditangkap oleh para peneliti menggunakan penglihatan inframerah dari Teleskop Luar Angkasa James Webb. Ini adalah pengukuran terjauh dari gas hidrogen netral yang dingin, bahan penyusun bintang dan galaksi, yang telah ditemukan oleh para peneliti ilmiah hingga saat ini.

Tentang alam semesta awal

Alam semesta memulai “kehidupannya” sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu dengan ledakan besar – Big Bang. Peristiwa ini memunculkan banyak sekali partikel subatom seperti quark dan elektron. Partikel-partikel ini bergabung membentuk proton dan neutron, yang kemudian bergabung membentuk inti atom. Sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, elektron mulai mengorbit mengelilingi inti atom, dan atom paling sederhana di alam semesta secara bertahap terbentuk.

Bintang-bintang pertama terbentuk beberapa ratus juta tahun kemudian. Di dalam inti bintang-bintang ini, atom terbesar dan paling kompleks di sekitar kita terbentuk.

Belakangan, bintang-bintang bergabung membentuk galaksi. Galaksi tertua yang kita kenal terbentuk sekitar 3-400 juta tahun setelah Big Bang. Tata surya kita terbentuk sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu, lebih dari 9 miliar tahun setelah Big Bang.

Ini menambah pemahaman tentang asal usul kita

Studi ini dilakukan oleh Kasper Elm Heintz, bekerja sama erat dengan rekan peneliti Darach Watson dan Gabriel Brammer serta mahasiswa doktoral Simon Vijelgaard dari Center for the Cosmic Dawn di Niels Bohr Institute di Universitas Kopenhagen – sebuah pusat yang tujuannya adalah untuk menyelidiki dan memahami awal mula alam semesta. Hasil terbaru ini membawa mereka semakin dekat untuk mencapai tujuan tersebut.

Tim peneliti telah mengajukan permohonan waktu pengamatan lebih banyak dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb, dengan harapan dapat memperluas temuan baru mereka dan mempelajari lebih lanjut tentang era paling awal pembentukan galaksi.

“Saat ini, yang kami lakukan adalah memetakan pengamatan baru kami terhadap pembentukan galaksi dengan lebih detail dibandingkan sebelumnya. Pada saat yang sama, kami terus berupaya untuk melampaui batas sejauh mana kami dapat melihat alam semesta lebih jauh lagi,” kata Simon Vijelgaard.

Menurut peneliti, pengetahuan baru ini berkontribusi dalam menjawab salah satu pertanyaan mendasar umat manusia.

“Salah satu pertanyaan paling mendasar yang selalu ditanyakan manusia adalah: 'Dari mana asal kita?'” Di sini, kami mengumpulkan lebih banyak jawaban dengan menyoroti momen ketika beberapa struktur pertama alam semesta tercipta. “Ini adalah proses yang akan kami selidiki lebih lanjut Jadi, mudah-mudahan, kita dapat menghubungkan lebih banyak potongan teka-teki bersama-sama,” tutup Associate Professor Gabriel Brammer.

Referensi: “Penyerapan Lyman-alpha yang kuat pada galaksi pembentuk bintang muda pada pergeseran merah 9 hingga 11” oleh Casper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simon Vijelgaard, Anne Hutter, Victoria B. Selat, Jorit Mathy, Pascal A. Oish, Pal Jacobson, Niall R. Tanveer, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Kelly, Entai Yeung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdul Rauf, Dan Kuo, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein dan Son Toft, 23 Mei 2024, Sains.
doi: 10.1126/science.adj0343

Penelitian tersebut dilakukan oleh peneliti Casper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simon Vijelgaard, Anne Hutter, dan Victoria B. Selat, Jorit Mathy, dan Pascal A. Awish, Pal Jacobson, dan Niall R. Tanveer, Peter Laursen, dan Rohan B. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Kelly, Entai Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdul Rauf, Dan Kuo, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein, dan Son Toft.

Penelitian bagian Denmark didanai oleh Yayasan Penelitian Nasional Denmark dan Yayasan Carlsberg.