Bulan ini, para peneliti mengungkap hasil salah satu survei astronomi terbesar dan terdalam di langit malam yang pernah dilakukan oleh James Webb Space Telescope (JWST). Upaya ini mengidentifikasi beberapa galaksi tertua yang pernah dilihat — dalam 650 juta tahun pertama setelah kelahiran alam semesta dalam Big Bang. Hasilnya mengejutkan para astronom, mengungkapkan bahwa bintang dan galaksi terbentuk dan berevolusi jauh lebih awal dari yang diharapkan siapa pun.

Proyek tersebut, yang dikenal sebagai JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), mengamati beberapa bidang langit, termasuk satu di konstelasi Fornax — yang menjadi terkenal pada tahun 2004 setelah Teleskop Luar Angkasa Hubble menatapnya selama 11 hari, mengungkap ribuan galaksi. . Tidak seperti Hubble, JWST beroperasi terutama pada panjang gelombang cahaya inframerah, yang membuatnya ideal untuk melihat galaksi yang sangat jauh, cahaya yang membentang saat alam semesta mengembang, membuatnya tampak lebih merah.

Cahaya bintang dari benda-benda ini telah menempuh jarak yang sangat jauh sehingga tampak seolah-olah tidak lama setelah Big Bang, 13,8 miliar tahun yang lalu. Para astronom mengukur jarak menggunakan faktor yang dikenal sebagai pergeseran merah: semakin besar pergeseran merah, semakin jauh jarak suatu objek.

Sebelum peluncuran JWST pada tahun 2021, hanya beberapa lusin galaksi yang diamati pada pergeseran merah lebih besar dari 8. JADES telah mengidentifikasi 717 galaksi besar yang mungkin berada dalam kisaran ini.¹. Di sini, para astronom membantu alam Pahami banjir data dengan memilih beberapa galaksi favorit mereka (terdaftar dari yang terjauh hingga yang terkecil) dan menjelaskan apa yang dapat diajarkan objek tersebut kepada kita tentang hari-hari awal alam semesta.

Pemegang rekor

Gumpalan merah redup ini mungkin tidak terlihat banyak, tetapi ini adalah pemegang rekor saat ini untuk objek terjauh yang diketahui di alam semesta. JWST menemukan galaksi, yang dikenal sebagai JADES-GS-z13-0, akhir tahun lalu dan kemudian dikonfirmasi², melalui studi mendetail tentang cahaya bintang, bahwa ia terletak pada pergeseran merah 13,2. Ini berarti sepertinya itu terjadi hanya 320 juta tahun setelah Big Bang.

Galaksi secara fisik kecil, berdiameter beberapa ratus tahun cahaya, tetapi ia memompa bintang-bintang baru dengan kecepatan yang sebanding dengan Bima Sakti saat ini, kata Brant Robertson, seorang astronom di University of California, Santa Cruz. Ini luar biasa karena para ilmuwan percaya bahwa galaksi pertama yang terbentuk di alam semesta perlahan-lahan akan menyatu saat bintang-bintang berkobar dan bersatu. JADES-GS-z13-0 dan hal-hal lain seperti itu muncul³ Galaksi awal adalah sarang pembentukan bintang.

“Galaksi-galaksi ini adalah blok bangunan struktur di alam semesta,” kata Kevin Heinlein, seorang astronom di University of Arizona di Tucson. Dengan JWST, dia menambahkan, “kami melihat mereka di mana-mana.”

Tulang anjing bercahaya

Para peneliti yakin objek berbentuk tulang anjing ini berada pada pergeseran merah 11,3, meski jarak ini masih perlu dikonfirmasi. Dengan asumsi itu, terlihat sama seperti sekitar 400 juta tahun setelah Big Bang.

JWST mendeteksi lebih awal struktur di alam semesta daripada yang diperkirakan siapa pun: tulang anjing tampak seperti dua galaksi yang lebih kecil dalam proses penggabungan. Jadi, 400 juta tahun setelah Big Bang, alam semesta telah membentuk bintang-bintang yang bergabung menjadi galaksi, dan dua galaksi tersebut telah bergabung.

Sebelum James Webb Space Telescope mulai mensurvei langit malam, para ilmuwan hanya berpikir bahwa gerakan galaksi sebanyak ini mungkin terjadi di awal alam semesta. “Saya sama sekali tidak menyangka akan melihat jenis objek ini dalam data kami,” kata Hainline.

Orang yang (mungkin) memiliki bintang pertama

Pada pergeseran merah 10,6, galaksi ini tampak sangat terang hanya 430 juta tahun setelah Big Bang, kata Robertson. Galaksi yang disebut GN-z11, pertama kali terlihat oleh Hubble, telah muncul sebagai bola yang sangat kompak di bawah pengawasan JWST.⁴. Kecerahan ini mungkin berasal dari lubang hitam supermasif di pusatnya, di mana gas dan debu terlindung berputar secara spiral⁵.

Pengamatan JWST lainnya menunjukkan bahwa galaksi ini berisi beberapa bintang pertama yang terbentuk di alam semesta⁶. Buktinya, dalam bentuk kantong gas helium primordial yang secara kimiawi tidak biasa di sekitar tepi galaksi, bersifat tentatif.

Tetapi bintang-bintang pertama sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium, dengan sangat sedikit unsur kimia lainnya. Inilah yang mungkin terlihat oleh JWST pada GN-z11. Jika demikian, itu akan memenuhi impian lama para astronom untuk menemukan bintang-bintang ini.

Yang kental besar

Galaksi yang menonjol ini terletak pada pergeseran merah 8, yang menempatkannya sekitar 300 juta tahun di belakang pemegang rekor. Namun, karena struktur kental yang dikembangkannya, 300 juta tahun itu pasti penuh dengan kegembiraan.

Jika 13,8 miliar tahun sejarah alam semesta dikompresi menjadi film berdurasi dua jam, kata Hainline, lima menit pertama – yang menggambarkan semua yang mengikutinya – akan menampilkan semua galaksi awal yang terdeteksi oleh JWST. Dan galaksi masif ini, yang membentang sekitar 3,7 kilofarcis (12.000 tahun cahaya), menunjukkan bahwa alam semesta dinamis sejak awal.

Dari dalam keluar

Galaksi kecil ini, terlihat 700 juta tahun setelah Big Bang, memiliki lebih banyak bintang yang terbentuk di pinggirannya daripada di tengahnya.

“Ini pertama kalinya kami dapat mengukur pertumbuhan internal pada tahap awal” alam semesta, kata Sandro Taquila, astrofisikawan di University of Cambridge, Inggris. Ini mengejutkan karena teorinya menunjukkan sebaliknya – bahwa galaksi awal pasti memiliki bintang yang terbentuk di dekat pusatnya.

Galaksi ini tampaknya telah dimulai dengan segera, membentuk bintang-bintang dalam inti padatnya sebanyak yang dilakukan oleh galaksi-galaksi yang lebih besar sekarang⁷. Setelah itu, ia beralih membuat bintang di pinggirannya, yang merupakan tahap di mana para astronom dapat melihatnya hari ini.

mawar kosmik

Pengelompokan seperti bunga dari galaksi yang sangat berdebu dan sangat merah ini langsung menarik perhatian tim JADES, sehingga mendapat julukan Cosmic Rose.

“Dia memegang tempat khusus di jantung tim,” kata Stacy Alberts, seorang astronom di University of Arizona di Tucson. “Secara ilmiah, ini adalah demonstrasi indah dari lompatan maju JWST dalam memahami betapa merahnya alam semesta.”

Galaksi-galaksi Rosette mungkin tidak berhubungan secara fisik satu sama lain, karena letaknya pada jarak yang bervariasi yang mencakup pergeseran merah 2,5 hingga 3,9. Tetapi nilai-nilai itu menempatkannya di jantung “tengah hari kosmik”, periode sekitar tiga miliar tahun setelah Big Bang, ketika galaksi membentuk bintang dengan sangat cepat dan kuat sehingga menghasilkan sebagian besar bintang yang dikenal di alam semesta saat ini.