Kredit gambar: PPARC
Hingga saat ini, para astronom belum dapat menemukan banyak data tentang apa yang terjadi pada fase awal evolusi Semesta, ketika diperkirakan bintang-bintang terbentuk. Tetapi penelitian baru, yang dilakukan oleh para astronom menggunakan observatorium Gemini di Chili, telah mengungkapkan beberapa galaksi 8 hingga 11 miliar tahun yang lalu yang lebih terbentuk sempurna dari yang diperkirakan. Mereka mengira akan melihat protogalax menabrak satu sama lain, tetapi sebaliknya mereka menemukan galaksi yang sangat dewasa. Mungkin lubang hitam jauh lebih umum di alam semesta awal dan berfungsi sebagai jangkar untuk membentuk galaksi dengan cepat.
Sampai sekarang, para astronom hampir buta ketika melihat ke masa lalu untuk mensurvei era ketika sebagian besar bintang di Semesta diperkirakan telah terbentuk. Titik buta kosmologis kritis ini telah dihilangkan oleh sebuah tim, termasuk seorang ilmuwan Inggris, menggunakan Teleskop Utara Frederick C. Gillett Gemini, menunjukkan bahwa banyak galaksi di alam semesta muda tidak berperilaku seperti yang diharapkan sekitar 8-11 miliar tahun yang lalu.
Yang mengejutkan: galaksi-galaksi ini tampak lebih terbentuk dan matang daripada yang diperkirakan pada tahap awal evolusi Alam Semesta ini. Temuan ini mirip dengan seorang guru yang berjalan ke ruang kelas berharap untuk menyapa sebuah ruangan yang penuh dengan remaja yang nakal dan menemukan orang dewasa muda yang terawat.
"Teori memberi tahu kita bahwa zaman ini harus didominasi oleh galaksi-galaksi kecil yang saling bertabrakan," kata Dr. Roberto Abraham (Universitas Toronto) yang merupakan Co-Principal Investigator dari tim yang melakukan pengamatan di Gemini. “Kami melihat bahwa sebagian besar bintang-bintang di Semesta sudah ada di tempat ketika Semesta masih sangat muda, yang seharusnya tidak terjadi. Pandangan sekilas ke masa lalu menunjukkan dengan sangat jelas bahwa kita perlu memikirkan kembali apa yang terjadi selama zaman awal dalam evolusi galaksi ini. Para ahli teori pasti akan memiliki sesuatu untuk dikunyah! ”
Hasilnya diumumkan hari ini pada pertemuan ke-203 American Astronomical Society di Atlanta, Georgia. Data akan segera dirilis ke seluruh komunitas astronomi untuk analisis lebih lanjut, dan empat makalah hampir selesai untuk diterbitkan dalam The Astrophysical Journal dan The Astronomical Journal.
Dr Isobel Hook, pemimpin Kelompok Dukungan Gemini Inggris, yang berbasis di Universitas Oxford, adalah anggota tim Survei Deep Deep Multinasional Gemini (GDDS) yang melakukan penyelidikan. Dia menjelaskan bagaimana teknik ini bekerja. Tim menggunakan teknik khusus untuk menangkap cahaya galaksi yang paling samar yang pernah dibedah menjadi pelangi warna yang disebut spektrum. Secara keseluruhan, spektrum dari lebih dari 300 galaksi dikumpulkan, yang sebagian besar berada di dalam apa yang disebut "Gurun Redshift," periode alam semesta yang relatif belum dijelajahi dilihat oleh teleskop yang melihat kembali ke era ketika alam semesta hanya 3-6 miliar tahun tua.
Dia menambahkan, Spektra ini mewakili sampel paling lengkap yang pernah diperoleh dari galaksi di Gurun Redshift. Dengan memperoleh sejumlah besar data dari empat bidang yang terpisah banyak, survei ini memberikan dasar statistik untuk menggambar kesimpulan yang telah diduga oleh pengamatan sebelumnya yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble, Observatorium Keck, Teleskop Subaru, dan Teleskop Sangat Besar selama dekade terakhir.
Mempelajari galaksi lemah di zaman ini ketika Semesta hanya 20-40% dari usia saat ini menghadirkan tantangan yang menakutkan bagi para astronom, bahkan ketika menggunakan kapasitas pengumpul cahaya dari teleskop yang sangat besar seperti Gemini North dengan cermin 8 meter. Semua survei galaksi sebelumnya dalam bidang ini telah berfokus pada galaksi-galaksi di mana pembentukan bintang yang intens terjadi, yang membuatnya lebih mudah untuk mendapatkan spektrum tetapi menghasilkan sampel yang bias. GDDS mampu memilih sampel yang lebih representatif termasuk galaksi-galaksi yang memiliki galaksi paling normal, redup, dan lebih masif yang menuntut teknik khusus untuk membujuk spektrum dari cahaya redupnya.
“Data Gemini adalah survei paling komprehensif yang pernah dilakukan yang mencakup sebagian besar galaksi yang mewakili kondisi di alam semesta awal. Ini adalah galaksi-galaksi masif yang sebenarnya lebih sulit dipelajari karena kurangnya cahaya energik dari pembentukan bintang. Galaksi-galaksi yang sangat maju ini, yang masa muda pembentukan bintangnya telah lama berlalu, tidak seharusnya ada di sana, tetapi ada, ”kata Kepala Investigator Dr. Karl Glazebrook (Universitas Johns Hopkins).
Para astronom yang mencoba memahami masalah ini mungkin harus meletakkan segalanya di atas meja. "Tidak jelas apakah kita perlu mengubah model yang ada atau mengembangkan yang baru untuk memahami temuan ini," kata Co-Principal Investigator ketiga survei, Dr. Patrick McCarthy (Observatorium Carnegie Institution). “Sangat jelas dari spektrum Gemini bahwa ini memang galaksi yang sangat matang, dan kita tidak melihat efek dari debu yang mengaburkan. Jelas ada beberapa aspek utama tentang kehidupan awal galaksi yang tidak kita mengerti. Bahkan dimungkinkan bahwa lubang hitam mungkin jauh lebih banyak di mana-mana daripada yang kita duga di Alam Semesta awal dan memainkan peran yang lebih besar dalam menyemai pembentukan galaksi awal. ”
Apa yang bisa dibilang teori evolusi galaksi dominan mendalilkan bahwa populasi galaksi pada tahap awal ini seharusnya didominasi oleh blok bangunan evolusi. Tepat disebut Model Hierarkis, ia meramalkan bahwa galaksi normal ke besar, seperti yang dipelajari dalam karya ini, belum akan ada dan akan terbentuk dari sarang lebah lokal dari kegiatan di mana galaksi besar tumbuh. GDDS mengungkapkan bahwa ini mungkin bukan masalahnya.
Spektrum dari survei ini juga digunakan untuk menentukan polusi gas antarbintang oleh unsur-unsur berat (disebut "logam") yang dihasilkan oleh bintang-bintang. Ini adalah indikator kunci dari sejarah evolusi bintang di galaksi. Sandra Savaglio (Universitas Johns Hopkins), yang mempelajari aspek penelitian ini mengatakan, “Interpretasi kita terhadap Semesta sangat dipengaruhi oleh cara kita mengamatinya. Karena GDDS mengamati galaksi yang sangat lemah, kita dapat mendeteksi gas antarbintang bahkan jika sebagian dikaburkan oleh adanya debu. Mempelajari komposisi kimia dari gas antarbintang, kami menemukan bahwa galaksi dalam survei kami lebih kaya logam daripada yang diperkirakan. "
Astronom Caltech, Dr. Richard Ellis berkomentar, “Survei Deep Gemini mewakili pencapaian yang sangat signifikan, baik secara teknis maupun ilmiah. Survei telah memberikan sensus baru dan berharga dari galaksi selama periode kunci dalam sejarah kosmik, yang telah sulit dipelajari hingga sekarang, terutama untuk komponen diam dari populasi galaksi. "
Melakukan pengamatan di Gurun Redshift telah membuat para astronom modern frustrasi selama dekade terakhir. Sementara para astronom tahu bahwa banyak galaksi harus ada di Gurun Redshift, itu hanyalah "gurun" karena kita tidak bisa mendapatkan spektrum yang baik dari banyak dari mereka. Masalahnya terletak pada fakta bahwa fitur-fitur spektroskopi kunci yang digunakan untuk mempelajari galaksi-galaksi ini telah berubah menjadi reduksi ke perluasan Universeinto menjadi bagian dari spektrum optik yang sesuai dengan cahaya yang samar, alami, yang mengaburkan dalam atmosfer waktu malam Bumi.
Untuk mengatasi masalah ini, teknik canggih yang disebut "Mengangguk dan Mengocok" digunakan pada teleskop Gemini. "Teknik Mengangguk dan Mengacak memungkinkan kita membaca cahaya alami samar dari langit malam untuk mengungkapkan spektrum galaksi lemah di bawahnya. Galaksi-galaksi ini lebih dari 300 kali lebih redup daripada cahaya langit ini, ”jelas Dr. Kathy Roth, seorang astronom di Gemini yang juga bagian dari tim dan memperoleh banyak data. "Ini telah terbukti menjadi cara yang sangat efektif untuk secara radikal mengurangi" noise "atau tingkat kontaminasi yang ditemukan dalam sinyal dari detektor lampu elektronik."
Setiap pengamatan berlangsung setara dengan sekitar 30 jam dan menghasilkan hampir 100 spektrum secara bersamaan. Seluruh proyek membutuhkan lebih dari 120 jam total waktu teleskop. "Ini adalah banyak waktu berharga di langit, tetapi ketika Anda menganggap bahwa itu telah memungkinkan kami untuk membantu mengisi celah 20% penting dalam pemahaman kami tentang Semesta, itu menghabiskan waktu dengan baik," tambah Dr. Glazebrook yang mengembangkan penggunaan Nod dan Shuffle dengan Joss Hawthorn untuk pengamatan galaksi pingsan saat di Observatorium Anglo-Australia beberapa tahun yang lalu.
Studi sebelumnya di Gurun Redshift memusatkan perhatian pada galaksi yang tidak selalu mewakili sistem arus utama. Untuk penelitian ini, galaksi dipilih dengan hati-hati berdasarkan data dari Survei Inframerah Las Campanas untuk memastikan bahwa galaksi starburst yang memancarkan ultraviolet yang kuat tidak kelebihan sampel. "Studi ini unik karena kami dapat mempelajari ujung merah spektrum, dan ini memberi tahu kita tentang usia bintang-bintang tua," kata Dr. Abraham. “Kami melakukan eksposur yang sangat panjang dengan Gemini sekitar sepuluh kali selama eksposur yang khas. Ini mari kita melihat galaksi yang jauh lebih redup daripada biasanya, dan mari kita fokus pada sebagian besar bintang, bukan hanya yang muda yang mencolok. Ini membuatnya lebih mudah bagi kita untuk mengetahui bagaimana galaksi berevolusi. Kita tidak lagi menebaknya dengan mempelajari benda-benda muda dan menganggap benda-benda tua itu tidak banyak berkontribusi pada kisah evolusi galaksi. Ternyata ada banyak galaksi tua di luar sana, tetapi mereka sangat sulit ditemukan. "
Sumber Asli: Siaran Berita PPARC
