October 6, 2022

Ketika Rohan Naidu dari Harvard melihat galaksi, hal pertama yang dia lakukan adalah mengirim pesan kepada kolaboratornya, Pascal Oesch, seorang peneliti di Yale. Hal kedua yang dia lakukan adalah menelepon pacarnya.

“’Apakah Anda ingin menjadi manusia kedua yang berpotensi melihat galaksi terjauh yang pernah diketahui?’” Naidu mengingat pertanyaannya. Dia melihat, merasa “sedikit mengecewakan,” katanya, dan kembali menonton TV. “Tapi dia datang,” katanya sambil tertawa.

Kandidat galaksi yang dimaksud, GLASS-z13, tidak terlalu terlihat oleh mata yang tidak terlatih. Hanya setitik cahaya merah. Tapi visual sederhana itulah mengapa GLASS-z13 menarik perhatian Naidu. Begitulah cara dia mengharapkan galaksi yang ada 13,5 miliar tahun yang lalu, yang mendekati batas kemampuan kita untuk mendeteksi, untuk melihat dari sudut pandang James Webb Space Telescope (JWST).

Setelah data batch pertama dari JWST dipublikasikan minggu lalu, Naidu, yang merupakan peneliti postdoctoral di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, menghabiskan setiap jam untuk menyaring data untuk mencari galaksi terjauh yang pernah terdeteksi. Dia tidak banyak tidur, tetapi usahanya membuahkan hasil.

[Related: Hubble discovers a distant galaxy that might have closely followed the Big Bang]

Pada 19 Juli, bersama dengan kolaborator dari seluruh dunia, Naidu memposting makalah sebelum tinjauan ahli ke platform akses terbuka arXiv yang menggambarkan dua kandidat galaksi tersebut. Dia memperkirakan salah satunya berusia sekitar 13,5 miliar tahun, menjadikannya galaksi terjauh yang pernah terdeteksi. Itu berarti sistem, GLASS-z13, mungkin ada sekitar 300 juta tahun setelah Big Bang, yang diperkirakan terjadi 13,8 miliar tahun yang lalu. Dengan demikian, GLASS-z13 menawarkan kepada para astronom pandangan yang belum pernah dilihat sebelumnya tentang masa-masa awal alam semesta. Dan itu sudah menantang gagasan yang ada tentang galaksi paling awal.

See also  Bagaimana membentuk kebiasaan baru dengan mengelabui otak Anda dengan bau

“Saya tidak bisa mempercayai mata saya,” kata Naidu tentang pertama kali melihat GLASS-z13 di data JWST. Dia segera memperhatikan bahwa itu cerah dan jernih, yang menonjol sebagai kejutan. “Meskipun alam semesta masih sangat muda, hal-hal ini berhasil memiliki semacam percepatan pertumbuhan dan menjadi sangat terang dan begitu masif dengan sangat cepat.”

Naidu dengan hati-hati menggambarkan GLASS-z13 sebagai galaksi “kandidat”, karena analisis tim dari batch pertama data JWST masih perlu divalidasi dengan pengamatan lanjutan. Namun, pada hari yang sama ketika Naidu mengunggah penelitian tersebut ke arXiv, tim peneliti lain secara independen memposting laporan yang menggambarkan kandidat galaksi yang sama—dan juga menempatkan mereka sebagai galaksi terjauh yang pernah kita lihat.

“Jika dua kelompok independen melihatnya, itu memberikan kepercayaan diri,” kata Renske Smit, astrofisikawan di Liverpool John Moores University di Inggris yang tidak terlibat dalam kedua makalah tersebut. Namun, dia berkata, “Saya pikir kita perlu konfirmasi yang jelas bahwa galaksi-galaksi ini terbentuk begitu awal di alam semesta.”

Konfirmasi itu, kata Smit, akan datang dari pengamatan JWST berikutnya yang melihat lebih dekat pada spektrum cahaya yang berasal dari GLASS-z13.

Versi gambar JWST GLASS-z13 berwarna yang tidak dipotong. KACA-z13: Naidu dkk. 2022, Castellano dkk. 2022; Data mentah: T. Treu (UCLA) dan GLASS-JWST. NASA/CSA/ESA/STScI; Gambar berwarna: P. Oesch & G. Brammer (University of Geneva & Cosmic Dawn Center, NBI, University of Copenhagen)

Naidu dan rekan-rekannya awalnya menentukan jarak calon galaksi dengan melihat petak langit itu dalam beberapa panjang gelombang inframerah yang berbeda. Saat cahaya bergerak melalui ruang dan waktu, panjang gelombangnya direntangkan menjadi lebih panjang. Cahaya mereka, oleh karena itu, tampak lebih merah, dalam apa yang disebut “pergeseran merah.” Galaksi yang jauh, sangat jauh akan tampak lebih merah daripada galaksi serupa di dekatnya. Para ilmuwan memperkirakan seberapa jauh cahaya dari GLASS-z13 telah melakukan perjalanan dengan memperkirakan seberapa besar kemungkinannya bergeser.

See also  Megalodon mungkin telah bersaing dengan hiu putih besar

JWST, seperti sepasang kacamata malam, dirancang untuk menangkap tanda panas lemah yang ditemukan dalam panjang gelombang cahaya inframerah yang lebih panjang. Tapi itu berarti teleskop juga menemukan galaksi tua, mati, atau sekarat. Karena galaksi-galaksi ini lebih dingin daripada yang muda, mereka juga dapat tampak cukup merah, bahkan ketika berada di dekatnya, kata Brooke Simmons, seorang profesor astrofisika di Universitas Lancaster yang tidak terlibat dalam makalah baru ini. Tapi Simmons mengatakan dia pikir penulis penelitian telah melakukan “pekerjaan yang masuk akal” mencoba menjelaskan hal ini; jika sistem itu berasal dari “bagian setengah baya dari alam semesta,” katanya, “kita masih dapat melihatnya dengan pita [of light] yang panjang gelombangnya lebih pendek dan kami tidak.”

“Bagaimana Anda mendapatkan semua bintang di sana begitu cepat? Kami pikir butuh waktu untuk membangun galaksi yang cukup besar, yang memiliki cukup bintang untuk menjadi sangat terang.”

Renske Smit, astrofisikawan di Liverpool John Moores University

Tapi warna merah GLASS-z13 bukan satu-satunya petunjuk Naidu yang menunjukkan kandidat galaksi sangat jauh. Dia juga melihat sesuatu yang hilang: foton paling biru.

Di alam semesta yang sangat awal, “lautan hidrogen netral” menyerap foton biru terdalam, hanya menyisakan partikel pada panjang gelombang yang lebih merah, Naidu menjelaskan. Dan foton yang hilang sesuai dengan yang diserap hidrogen, katanya, menunjukkan bahwa cahaya yang dilihat JWST dari GLASS-z13 memang berasal dari bagian paling awal alam semesta.

Naidu dan rekan-rekannya sudah bekerja untuk mendapatkan waktu di JWST untuk melakukan pengamatan lanjutan yang diperlukan untuk mengkonfirmasi perkiraan mereka. Pengamatan selanjutnya akan melihat bagian-bagian tertentu dari spektrum cahaya yang berasal dari GLASS-z13. Ini akan memungkinkan mereka untuk lebih tepat mengukur pergeseran merah kandidat galaksi.

See also  Rencana pangkalan bulan NASA kembali dalam sejarah luar angkasa

Karakteristik GLASS-z13 sudah menimbulkan pertanyaan baru bagi astrofisikawan yang mempelajari hari-hari awal kosmos. Terutama, kecerahan dan massanya yang luar biasa telah menarik perhatian para ilmuwan. Mereka memperkirakan bahwa itu kira-kira 1 miliar kali massa matahari kita.

“Bagaimana Anda mendapatkan semua bintang di sana begitu cepat? Kami pikir butuh waktu untuk membangun galaksi yang cukup besar, yang memiliki cukup banyak bintang untuk menjadi sangat terang,” kata Smit. “Jadi, salah satu bintang mungkin mulai terbentuk lebih awal dari yang kita duga, atau mungkin galaksi-galaksi ini entah bagaimana memiliki cara untuk membentuk bintang dengan sangat, sangat cepat. Kami belum begitu tahu.”

[Related: Rare ‘upside-down stars’ are shrouded in the remains of cannibalized suns]

Beberapa model ilmiah juga meramalkan bahwa galaksi seperti ini akan sangat langka, kata Naidu. “Tapi di sini, kami menemukan dua dari mereka, tidak terlalu jauh satu sama lain.”

Kandidat galaksi lain yang dijelaskan dalam makalah Naidu, yang disebut GLASS-z11, mungkin sedikit kurang jauh dari Bumi daripada GLASS-z13. Itu juga menambahkan detail yang aneh: Ini menunjukkan petunjuk pindah ke formasi cakram spiral.

“Kami tidak menyangka galaksi cakram terbentuk begitu cepat,” kata Simmons. “Beberapa ratus juta tahun adalah waktu yang sangat singkat. Banyak dari kita mengharapkan banyak turbulensi, banyak kekacauan, banyak hal berkumpul di area yang memiliki massa sedikit lebih banyak dan memiliki gravitasi yang sedikit lebih kuat dan hanya melahap segala sesuatu di sekitarnya, belum tentu dalam jenis struktur teratur yang Anda perlukan untuk membentuk cakram yang berputar secara koheren.”

Penemuan ini, sekitar seminggu setelah data pertama dari JWST, hanyalah permulaan. “Ini bukan bintang atau galaksi pertama,” kata Smit. “Kita bisa mengharapkan lebih banyak galaksi pemecah rekor di tahun-tahun mendatang. Saya pikir kita akan melihat hal-hal yang jauh lebih jauh, jauh lebih tua, yaitu bintang-bintang yang terbentuk lebih dekat dengan big bang.”