Pada hampir awal waktu, alam semesta diselimuti kegelapan. Kemudian, galaksi-galaksi awal menghasilkan bintang-bintang yang terang dan panas yang membocorkan ruang intergalaksi cahaya yang cemerlang melalui saluran-saluran kecil, mengubah alam semesta transparan.
Itulah kesimpulan dari gambar "cermin" baru yang cantik yang diambil dari galaksi jauh yang dikenal sebagai Arc Sunburst. Ketika alam semesta hanyalah seorang bayi, ia terdiri dari partikel yang panas, tetapi dengan cepat mendingin. Setelah alam semesta cukup dingin, proton dan elektron bergabung membentuk hidrogen netral, yang menutupi alam semesta dalam kegelapan, sehingga tidak dapat diamati dalam spektrum elektromagnetik, menurut Haystack Observatory MIT. Selama periode ini, dikenal sebagai zaman kegelapan, setiap radiasi yang dipancarkan diserap oleh gas hidrogen.
Kemudian, sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang, selama "Epoch of Reionization," sebuah sentakan besar energi mengionisasi gas, menjatuhkan elektron dari atom hidrogen dan menciptakan plasma. Ionisasi ini terjadi berkat sinar ultraviolet enerjik yang "kemungkinan besar berasal dari bintang yang sangat muda, sangat terang, sangat panas dan juga sangat berumur pendek di galaksi pertama," kata penulis utama Thøger Emil Rivera-Thorsen, seorang rekan postdoctoral di Universitas. Oslo di Norwegia. Tetapi tidak jelas bagaimana tepatnya peristiwa ionisasi ini terjadi.
Untuk mengetahuinya, para peneliti beralih ke sebuah galaksi yang disebut "Busur Sunburst" yang terletak sekitar 11 miliar tahun cahaya (meskipun sulit untuk mengetahui persis seberapa jauh jaraknya di alam semesta yang mengembang.) Busur Sunburst tidak cukup cukup tua untuk menjadi salah satu galaksi awal yang mereionisasi alam semesta, tetapi cukup tua untuk dapat mengajari para peneliti sesuatu tentang prosesnya, kata Rivera-Thorsen.
Dalam penelitian sebelumnya, Rivera-Thorsen dan timnya melihat sinyal cahaya yang datang dari Sunburst Arc. Beberapa petunjuk menunjukkan bahwa cahaya pengion keluar dari galaksi-galaksi awal ini melalui beberapa saluran sempit, atau lubang-lubang di kain kafan yang buram menutupi galaksi. "Tetapi kita tidak dapat mengatakan bahwa kita telah menemukan ini sampai kita benar-benar mengamatinya secara langsung," kata Rivera-Thorsen kepada Live Science.
Jadi para peneliti mengusulkan untuk mendeteksi lubang-lubang ini menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble dan "lihatlah, itu berhasil," kata Rivera-Thorsen. Sunburst Arc diposisikan sedemikian rupa sehingga memudahkan Hubble untuk melihatnya. Sekelompok galaksi yang campur tangan bertindak seperti mikroskop kosmik dan membengkokkan dan memperbesar cahaya dari Sunburst Arc - yang jika tidak akan terlalu redup untuk dilihat - sehingga Hubble dapat mengambilnya dalam serangkaian gambar. Efek ini, yang disebut "pelensaan gravitasi," diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein dan khususnya kuat dalam hal ini, yang mengarah ke 12 duplikat gambar galaksi.
Beberapa gambar ini diambil dalam spektrum nonionisasi, cahaya tampak dan lainnya diambil dalam spektrum cahaya pengion. Untuk cahaya pengion, "pada dasarnya yang dapat Anda lihat adalah satu titik kecil dan jika tidak, tidak ada apa-apa," katanya. "Itu, saya pikir, adalah konfirmasi yang sangat indah dari hipotesis kami - bahwa ini seperti satu lubang di galaksi yang tertutup gas, yang jika tidak sepenuhnya transparan."
Beberapa faktor harus mengantri bagi para peneliti untuk melihat efek ini, dan karenanya, "kami sangat beruntung menemukan hal ini," kata Rivera-Thorsen. Sebagai contoh, gambar Hubble terjadi untuk menangkap semua "bit berair" dari galaksi, termasuk tempat-tempat di mana cahaya pengion lolos. Tidak jelas mengapa atau bagaimana saluran sempit ini terbentuk sejak awal.
Terlebih lagi, di galaksi yang lebih modern, "kita tidak benar-benar melihat banyak dari radiasi pengion ini lepas, kita melihat sedikit di sana-sini," tambahnya. "Jadi sesuatu tentang sifat fisik galaksi ini pasti telah berubah secara dramatis antara waktu sekitar 1 miliar tahun setelah Big Bang ketika alam semesta terionisasi kembali." Dalam pekerjaan selanjutnya, Rivera-Thorsen dan timnya ingin mengetahui bagaimana galaksi telah berubah sejak masa Big Bang.
"Bukti untuk lolos dari radiasi pengion sangat meyakinkan," kata Yuri Izotov, seorang astronom dengan Observatorium Astronomi Utama di Ukraina, yang tidak menjadi bagian dari penelitian ini. Temuan mereka penting untuk memahami bagaimana cahaya bocor dari galaksi pembentuk bintang, dan interpretasi mereka bahwa cahaya bocor melalui lubang di galaksi "terlihat masuk akal," kata Izotov kepada Live Science.
Brian Keating, seorang profesor fisika di University of California di San Diego, yang tidak terlibat dalam pekerjaan itu, setuju. "Sumber-sumber yang menghasilkan foton pengion pertama di alam semesta telah lama diselimuti misteri," kata Keating kepada Live Science. "Pekerjaan mereka menghasilkan wawasan baru yang menjanjikan ke objek-objek yang tak dapat dipahami yang dianggap sebagai pendorong utama zaman Reionisasi."
Temuan ini dipublikasikan pada 7 November di jurnal Science.
