Galaksi Generasi Pertama di Alam Semesta Muda

Para astronom yang mempelajari alam semesta jauh telah menemukan bahwa jumlah galaksi-galaksi berukuran kecil sangat melimpah ketika kosmos baru berusia 800 juta tahun, hanya beberapa persen dari usianya saat ini.

Hasil penelitian menunjukkan galaksi-galaksi generasi pertama yang menerangi dan mengionisasi alam semesta, bahkan telah terbentuk sejak awal.

Sekitar 300.000 tahun setelah Big Bang, alam semesta masih gelap gulita. Belum ada bintang dan galaksi, kosmos hanya dipenuhi oleh gas hidrogen netral. Di beberapa titik, galaksi-galaksi pertama mulai terbentuk dan radiasi energik mereka mulai mengionisasi gas antargalaksi yang yang menerangi dan mengubah alam semesta.

Sementara transformasi dramatis ini diketahui telah terjadi pada interval waktu antara 300 juta tahun dan 1 miliar tahun setelah Big Bang, menentukan kapan galaksi pertama terbentuk adalah sebuah tantangan. Molekul gas antargalaksi yang awalnya netral, menyerap dan menghamburkan cahaya ultraviolet yang dipancarkan oleh galaksi, membuat mereka sulit dideteksi.

Pada saat transformasi terjadi, para astronom memanfaatkan demografi galaksi untuk menentukan kapan gas antargalaksi mulai terionisasi. Dengan pendekatan tidak langsung ini, mereka dapat menyimpulkan sumber pengion, yaitu galaksi-galaksi pertama yang terbentuk di alam semesta. Jika bintang-bintang di galaksi-galaksi pertama bersinar dalam cahaya deret alfa hidrogen Lyman dikelilingi oleh gas hidrogen netral, maka foton alpha Lyman lebih mudah dihamburkan, layaknya lampu mobil menyorot kabut yang menutupi galaksi. Jika molekul gas terionisasi maka kabut terangkat dan galaksi lebih mudah dideteksi.

Studi terbaru yang menerapkan pendekatan ini telah menemukan 23 kandidat galaksi emisi alpha Lyman yang eksis 800 juta tahun setelah Big Bang (pada pergeseran merah z~7). Inilah sampel terbesar galaksi yang berhasil dideteksi pada zaman itu. Makalah studi berjudul "Lyman-Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization" (LAGER), ditulis oleh satu tim internasional dari berbagai negara, yakni China, Amerika Serikat, dan Chili, menggunakan Dark Energy Camera (DECam) yang dipasang di teleskop CTIO 4-m Blanco.

Meskipun penelitian telah mendeteksi cukup banyak galaksi emisi alpha Lyman, jumlah mereka sekitar empat kali lebih jarang saat alam semesta berusia 800 juta tahun dibandingkan saat berusia alam semesta berusia 1 miliar tahun (pada pergeseran merah z~5,7). Hasil penelitian menyiratkan proses yang menginonisasi alam semesta dimulai lebih awal dan masih belum tuntas saat berusia 800 juta tahun, sekitar setengah gas antargalaksi terionoisasi sedangkan sisanya tetap netral. Rendahnya laju pembentukan galaksi emisi alpha Lyman saat alam semesta berusia 800 juta tahun diakibatkan oleh tekanan gas netral antargalaksi terhadap emisi alfa Lyman.

Studi menyimpulkan "kabut telah terangkat saat alam semesta menginjak 5% dari usianya saat ini," ungkap anggota tim Sangeeta Malhotra dari Pusat Penerbangan Antariksa Goddard dan Universitas Negeri Arizona.

Penanggung jawab studi Junxian Wang dari USTC selanjutnya menjelaskan, "Kami menemukan 50% gas antargalaksi terionisasi pada z~7, mengindikasikan sebagian besar galaksi pertama yang mengionisasi dan menyinari alam semesta terbentuk lebih awal, kurang dari 800 juta tahun setelah Big Bang."

Bagi penulis utama makalah studi Zhenya Zheng dari Observatorium Astronomi Shanghai (CAS) yang menjelaskan hasil penelitian, "800 juta tahun adalah batas usia kosmos untuk studi reionisasi." Sementara ratusan galaksi emisi alpha Lyman telah ditemukan setelah usia kosmos melampaui 800 juta tahun, hanya ditemukan 23 kandidat galaksi emisi alpha Lyman saat alam semesta berusia 800 juta tahun. Hasil terbaru secara dramatis meningkatkan jumlah galaksi emisi alpha Lyman yang diketahui pada zaman itu.

"Hasil studi hanya bisa dicapai karena kemampuan DECam dalam pengurangan data dan cakupan bidang pandang yang luas," tambah rekan penulis makalah studi James Rhoads. "DECam memungkinkan survei yang efisien dan mengarah ke penemuan galaksi-galaksi redup dan galaksi terang yang sangat langka."

Untuk menindaklanjuti hasil penelitian, tim "terus menatap alam semesta jauh di antara volume alam semesta modern yang jauh lebih besar," pungkas Leopoldo Infante dari Universitas Pontificia Catolica di Chili dan Institut Sains Carnegie, "untuk mempelajari pengelompokan galaksi emisi alpha Lyman." Pengelompokan menyediakan informasi unik tentang bagaimana kabut diangkat. Tim juga menyelidiki sifat alami galaksi-galaksi pertama di alam semesta.

Sumber: Star Forming Galaxies In The Young Universe

#terimakasihgoogle