Sebuah tim peneliti menerbitkan makalah berdasarkan gambar baru yang diambil oleh Teleskop Luar Angkasa Webb. Gambar mengungkapkan konsentrasi padat materi di alam semesta awal, yang mungkin menunjukkan tahap awal dalam pembentukan gugus galaksi. Berkat spektrometer yang ada, Webb dapat memastikan bahwa banyak galaksi yang sebelumnya dicitrakan oleh Hubble juga merupakan bagian dari gugus. Ia bahkan melacak aliran gas yang dipancarkan dari galaksi terbesar yang ada.

gambar spektrum

Perangkat utama untuk pekerjaan ini adalah NIRSpec, dan spektrometer inframerah dekat Ini adalah bagian dari Webb Toolkit. Meskipun alat itu sendiri cukup canggih, alat ini beroperasi pada prinsip-prinsip penting untuk mengoperasikan hal-hal seperti kamera ponsel Anda.

Di kamera konsumen ini, sensor merekam kecerahan tiga wilayah berbeda dari spektrum yang terlihat: merah, hijau, dan biru. Gambar yang dihasilkan dibuat dengan menggabungkan informasi ini, dengan area gambar yang berbeda memiliki intensitas yang berbeda untuk masing-masing warna ini.

Spektrofotometer juga bekerja dengan melacak intensitas cahaya di wilayah spektrum yang terbatas. Perbedaan utama adalah bahwa segmen spektrum yang dicitrakan jauh lebih kecil daripada rentang penuh warna seperti biru. Dan dalam hal ini, mereka sama sekali bukan bagian dari warna – semua panjang gelombang berada di wilayah spektrum inframerah. Namun, seperti gambar RGB yang dihasilkan oleh kamera, setiap bagian dari spektrum dapat dianalisis secara individual atau digabungkan menjadi gambar “warna” keseluruhan yang mencakup rentang spektrum yang luas.

Mengapa spektrofotometer berguna untuk melihat objek yang jauh? Ada dua metode yang penting untuk penelitian ini. Yang pertama adalah bahwa cahaya dari alam semesta awal berubah menjadi merah karena perluasan alam semesta saat ia bergerak ke Bumi. Jadi foton energik dengan panjang gelombang seperti ultraviolet secara bertahap diregangkan sampai direkam oleh Webb sebagai foton inframerah. Mengetahui dengan tepat berapa banyak mereka diregangkan memberi tahu kita jarak ke objek, dan kita perlu mengetahui panjang gelombang saat ini untuk menentukannya. Spektrometer memberikan informasi ini.

Kemampuan utama kedua yang disediakan spektrometer adalah pelacakan material yang bergerak. Semua elemen memiliki satu set panjang gelombang tertentu di mana cahaya dipancarkan. Tetapi jika mereka bergerak relatif terhadap pengamat, panjang gelombang itu bisa merah – atau biru karena efek Doppler, mengubah panjang gelombang sedikit (efek ini akan menjadi tambahan untuk pergeseran merah yang disebabkan oleh jarak). Jadi dengan mengidentifikasi emisi elemen tertentu dan melihat bagaimana mereka bergeser, kita dapat melacak pergerakan atom-atom itu, bahkan dalam jarak yang sangat jauh.

Galaksi aktif dalam gugus padat

Untuk pekerjaan baru, Webb diarahkan ke apa yang disebut quasar, atau inti galaksi aktif. Ini sangat terang karena semua cahaya yang dihasilkan saat materi mengorbit di sekitar lubang hitam supermasif di pusat galaksi. Dalam hal ini, quasar, yang disebut J1652, diidentifikasi berwarna sangat merah, menunjukkan bahwa cahayanya telah berubah menjadi merah, dan dengan demikian kita akan melihatnya seperti di alam semesta awal.

Pencitraan Webb menegaskan bahwa warna merah J1652 disebabkan oleh pergeseran merah yang besar; Pergeseran merah memiliki nilai z 3, yang berarti bahwa galaksi terlihat telah ada lebih dari 11 miliar tahun yang lalu. Diyakini bahwa ini adalah waktu kritis dalam evolusi galaksi, ketika energi besar yang dipancarkan oleh lubang hitam supermasif mulai mengeluarkan materi pembentuk bintang dari galaksi, mengakhiri pembentukan bintang.

Hasil lain yang mencolok dari data spektroskopi adalah bahwa setidaknya tiga objek lain yang terdeteksi di wilayah yang sama dalam gambar Hubble tampaknya memiliki pergeseran merah yang sama. Ini berarti bahwa mereka adalah galaksi tambahan di dekat J1652. Mengingat bahwa seluruh wilayah yang dicitrakan mencakup 85.000 tahun cahaya, ini mewakili konsentrasi galaksi yang sangat tinggi. (Sebagai perbandingan, Bima Sakti memiliki lebar lebih dari 100.000 tahun cahaya, meskipun jauh lebih besar dari galaksi-galaksi awal ini.)

Selain mengkonfirmasi jarak, data Webb memungkinkan para peneliti untuk melacak atom oksigen terionisasi, yang dipancarkan pada panjang gelombang yang sesuai. Pergeseran merah dan biru yang terlihat dalam data ini menunjukkan bahwa quasar memuntahkan material secara kasar ke arah Bumi dan ke arah yang berlawanan, konsisten dengan dua pancaran yang sering terbentuk dari lubang hitam. Sejumlah besar material yang dikeluarkan juga konsisten dengan gagasan bahwa pembentukan quasar dapat mengakhiri pembentukan bintang dengan meledakkan material mentahnya.

Tetapi para peneliti tampaknya lebih tertarik pada kepadatan galaksi yang sangat tinggi di wilayah umum. Berdasarkan jumlah materi yang ada, para peneliti mengekstrapolasi jumlah materi gelap dan menyimpulkan bahwa ini adalah area alam semesta sepadat yang kita bayangkan sejauh ini, yang mereka duga adalah produk dari peleburan dua materi yang berbeda. . aura;

file arXiv. Nomor abstrak: 2210.10074 (Tentang arXiv). Untuk publikasi di Astrophysical Journal Letters.