Galaksi-Galaksi Purba Ditemukan Berenang di Materi Gelap

Para astronom mengira galaksi pada sejarah awal alam semesta berukuran kecil. Tapi, mereka baru saja melihat dua galaksi raksasa yang secara kolektif diberi kode SPT0311-58, saat alam semesta berusia hanya 780 juta tahun, atau sekitar 5% dari usianya sekarang.

Ilustrasi SPT0311-58, sepasang galaksi masif di alam semesta awal. Para periset mengira galaksi-galaksi pada zaman ini lebih “berantakan” daripada galaksi-galaksi yang kita lihat di alam semesta modern. Struktur mereka yang tidak simetris disebabkan oleh melimpahnya kandungan gas dan interaksi atau penggabungan dengan galaksi-galaksi tetangga.
Kredit: NRAO/AUI/NSF; D. Berry.

Tata surya kita diperkirakan terbentuk dari gumpalan material yang saling menempel. Demikian pula dengan galaksi generasi pertama di alam semesta. Para astronom menduga mereka terbentuk tak lama setelah Big Bang, mengambil wujud mirip galaksi katai yang kita lihat saat ini, sekaligus menjadi building blocks untuk membentuk galaksi-galaksi raksasa generasi berikutnya. Namun, kosmos telah mengejutkan kita dengan mengungkap sampel galaksi masif yang dipenuhi oleh bintang saat alam semesta baru berusia kurang dari satu miliar tahun. Observasi terbaru menggunakan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di Chili, telah mengungkap dua galaksi raksasa yang terletak begitu jauh (yang tentunya berusia lebih tua), saat alam semesta hanya berusia 780 juta tahun atau sekitar 5% dari usianya saat ini. Secara kolektif diberi kode SPT0311-58, mereka tampak “bersarang” di dalam lingkaran halo materi gelap yang jauh lebih masif, dengan massa setara beberapa triliun kali lipat massa Matahari.

Para peneliti telah melaporkan hasil studi di journal Nature edisi 6/12/2017.

Jarak sepasang galaksi raksasa purba kurang dari jarak Bumi ke pusat galaksi Bima Sakti. Para peneliti menduga mereka akan segara bergabung untuk membentuk galaksi tunggal yang lebih besar, bahkan SPT0311-58 diprediksi menjadi galaksi terbesar pada periode itu. Penulis utama makalah studi Profesor Dan Marrone dari Universitas Arizona menjelaskan: "ALMA telah mengungkap galaksi terbesar pada miliaran tahun pertama sejarah kosmos yang dihasilkan melalui proses penggabungan kedua galaksi."

Gambar komposit yang menunjukkan observasi ALMA (merah) terhadap sepasang galaksi SPT0311-58. Mereka ditampilkan sebagai latar belakang gambar yang dihasilkan oleh Teleskop Antariksa Hubble NASA (biru dan hijau).
Image via ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Marrone, et al.; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); NASA/ESA Hubble.

Terletak di gurun Atacama Chili, ALMA adalah salah satu instrumen tercanggih untuk observasi astronomi. ALMA adalah teleskop radio interferometer yang telah beroperasi sejak Maret 2013 atas prakarsa kerjasama internasional antara Eropa, Amerika Serikat, Kanada, Jepang, Korea Selatan, Taiwan, dan Chili.

Dalam observasi ini, ALMA mendapatkan bantuan dari alam, sebuah fenomena yang disebut lensa gravitasi. Para peneliti memanfaatkan gaya gravitasi dari gugus galaksi untuk memperkuat cahaya galaksi-galaksi jauh latar belakang. Meskipun mendapatkan bantuan dari lensa gravitasi untuk menemukan SPT0311-58, para peneliti tetap menindaklanjutinya dengan pemodelan komputer untuk merekonstruksi citra SPT0311-58.

Kombinasi antara observasi dan pemodelan komputer menghasilkan lebih banyak informasi, sebagaimana yang dipaparkan oleh para peneliti: "Proses de-lensing memberikan rincian menarik yang menunjukkan bagaimana galaksi yang berukuran lebih besar, rata-rata memproduksi 2.900 bintang dengan massa setara Matahari kita dalam satu tahun. Ia juga mengandung molekul gas sekitar 270 miliar kali massa Matahari dan debu hampir 3 miliar kali massa Matahari."

"Mengingat sistem yang berusia belia, jumlah debu yang mereka kandung sangat masif," tutur rekan penulis makalah studi Justin Spilker dari Universitas Texas di Austin.

Para astronom meyakini laju produksi bintang yang begitu tinggi di galaksi yang berukuran lebih besar, kemungkinan dipicu oleh interaksinya dengan galaksi yang berukuran lebih kecil dengan massa sekitar 35 miliar kali massa Matahari dan rata-rata memproduksi 540 bintang setara Matahari setiap tahun.

Obervasi terbaru juga memungkinkan para peneliti untuk menyimpulkan eksistensi lingkaran halo materi gelap yang mengelilingi kedua galaksi dengan massa yang benar-benar luar biasa. Materi gelap dianggap memberikan gaya gravitasi yang membentuk alam semesta ke dalam struktur seperti galaksi, grup lokal galaksi, gugus galaksi, dll. Setelah membandingkan perhitungan mereka dengan prediksi kosmologis saat ini, para peneliti menemukan bahwa lingkaran halo tersebut adalah salah satu yang paling masif pada saat itu.

Ilustrasi pelensaan gravitasi yang dijelaskan dalam teori Relativitas Umum Albert Einstein. Medan gravitasi galaksi atau gugus galaksi mendistorsi cahaya di sekitarnya.
Gambar melalui SpaceTelescope.org.

Para astronom menjelaskan galaksi yang mereka pelajari berasal dari periode Zaman Reionisasi kosmos: ".... ketika sebagian besar ruang antargalaksi masih diselimuti kabut gelap molekul gas hidrogen dingin. Seiring bertambahnya bintang dan galaksi yang terbentuk, energi yang mereka hasilkan mengionisasi hidrogen antargalaksi dan mengungkap alam semesta seperti yang kita lihat saat ini."

"Observasi ALMA putaran berikutnya akan membantu kita untuk memahami seberapa cepat sepasang galaksi bersatu, sekaligus meningkatkan pemahaman kita tentang pembentukan galaksi selama Zaman Reionisasi," pungkas Marrone.

Untuk mengoreksi efek lensa gravitasi terhadap kedua galaksi, data ALMA (panel kiri) dibandingkan dengan gambar pemodelan komputer yang terdistorsi oleh lensa (panel kedua dari kiri). Perbedaannya ditunjukkan pada panel ketiga dari kiri. Setelah efek lensa gravitasi ditiadakan, struktur galaksi ditunjukkan di sebelah kanan.
Gambar melalui ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); D. Marrone et al.

Ditulis oleh: Deborah Byrd, earthsky.org

Sumber: Astronomers spot primordial galaxies swimming in dark matter

#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa