Galaksi lama, dahulu kala sangat subur; mereka melahirkan bintang-bintang setidaknya sepuluh kali lipat dari yang kita lihat hari ini.
Mengapa? Apakah ada lebih banyak hal di sekitar itu, untuk membuat bintang? Atau apakah galaksi pada waktu itu lebih efisien dalam pembuatan bintang? Atau sesuatu yang lain??
Linda Tacconi, dari Max-Planck-Institut Jerman ekstraterrestrische Physik Jerman, memimpin tim astronom internasional untuk mencari tahu mengapa ... dan jawabannya adalah galaksi-galaksi muda dijejali dengan insang dengan gas.
"Kami telah dapat, untuk pertama kalinya, untuk mendeteksi dan membayangkan gas molekul dingin di galaksi pembentuk bintang normal, yang mewakili populasi galaksi masif yang khas tak lama setelah Big Bang," kata Dr Tacconi.
Pengamatan yang menantang menghasilkan sekilas pertama bagaimana galaksi, atau lebih tepatnya gas dingin di galaksi ini, tampak hanya 3 hingga 5 miliar tahun setelah Big Bang (setara dengan pergeseran merah kosmologis z ~ 2 hingga z ~ 1). Pada usia ini, galaksi tampaknya telah membentuk bintang kurang lebih secara terus menerus dengan setidaknya sepuluh kali laju yang terlihat dalam sistem massa serupa di Semesta lokal.
Sekarang cukup mapan bahwa galaksi terbentuk dari proto-galaksi, yang terbentuk di kepadatan lokal, didominasi oleh materi gelap dingin - halo materi gelap - di mana hidrogen dan helium yang baru netral dikumpulkan dan didinginkan. Melalui tabrakan dan merger, dan beberapa pertambahan gas yang sedang berlangsung, proto-galaksi membentuk galaksi muda, beberapa miliar tahun setelah Big Bang - singkatnya, pembentukan hierarkis.
Pengamatan terperinci dari gas dingin dan distribusinya serta dinamika memegang peran kunci dalam menguraikan mekanisme kompleks yang bertanggung jawab untuk mengubah proto-galaksi pertama menjadi galaksi modern, seperti Bima Sakti. Sebuah studi besar galaksi pembentuk bintang bercahaya di kejauhan di interferometer milimeter Plateau de Bure kini menghasilkan terobosan dengan melihat langsung pada "makanan" pembentukan bintang. Studi ini mengambil keuntungan dari kemajuan besar baru-baru ini dalam sensitivitas radiometer di observatorium untuk membuat survei sistematis pertama sifat gas dingin (dilacak oleh garis rotasi molekul karbon monoksida) dari galaksi masif normal ketika alam semesta 40% ( z = 1.2) dan 24% (z = 2.3) dari usia saat ini. Pengamatan sebelumnya sebagian besar terbatas pada benda langka, sangat bercahaya, termasuk merger galaksi dan quasar. Studi baru ini malah melacak galaksi pembentuk bintang masif yang mewakili 'rata-rata' populasi galaksi rata-rata dalam massa dan kisaran pergeseran merah ini.
“Ketika kami memulai program sekitar setahun yang lalu”, kata Dr. Tacconi, “kami tidak dapat memastikan bahwa kami akan mendeteksi apa pun. Tetapi pengamatan itu berhasil melampaui harapan kami yang paling optimistis. Kami telah dapat menunjukkan bahwa galaksi normal masif pada z ~ 1.2 dan z ~ 2.3 memiliki gas lima hingga sepuluh kali lebih banyak daripada yang kita lihat di alam semesta lokal. Mengingat bahwa galaksi-galaksi ini membentuk gas dengan laju tinggi selama periode waktu yang lama, ini berarti bahwa gas harus terus menerus diisi kembali dengan pertambahan dari lingkaran materi gelap, dalam perjanjian yang sangat baik dengan karya teoretis baru-baru ini. ”
Hasil penting lain dari pengamatan ini adalah gambar yang diselesaikan secara spasial pertama dari distribusi gas dingin dan gerakan di beberapa galaksi. "Survei ini telah membuka pintu bagi jalan yang sama sekali baru untuk mempelajari evolusi galaksi," kata Pierre Cox, direktur IRAM. "Ini benar-benar menarik dan ada banyak lagi yang akan datang."
"Temuan menarik ini memberi kita petunjuk dan kendala penting untuk model teoretis generasi mendatang yang akan kita gunakan untuk mempelajari fase awal pengembangan galaksi secara lebih detail," kata Andreas Burkert, spesialis pembentukan bintang dan evolusi galaksi di Keunggulan Jerman. Cluster Universe. "Pada akhirnya, hasil-hasil ini akan membantu memahami asal dan perkembangan Bima Sakti kita."
Tentang gambar EGS 1305123: Gambar optik dan milimeter yang diselesaikan secara spasial dari galaksi masif khas pada pergeseran merah z = 1,1 (5,5 miliar tahun setelah Big Bang). Gambar kiri diambil dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble di pita optik V dan I, sebagai bagian dari survei AEGIS terhadap galaksi jauh. Gambar kanan adalah hamparan emisi CO 3-2 yang diamati dengan PdBI (warna merah / kuning) yang ditempatkan pada gambar-I (abu-abu). Untuk pertama kalinya pengamatan ini dengan jelas menunjukkan bahwa garis emisi molekul dan cahaya optik dari bintang masif melacak piringan besar yang berputar dengan diameter ~ 60.000 tahun cahaya. Disk ini memiliki ukuran dan struktur yang sama dengan yang terlihat pada galaksi disk z ~ 0, seperti Bima Sakti. Namun, massa gas dingin dalam disk ini adalah sekitar urutan besarnya lebih besar daripada galaksi disk z ~ 0 khas. Ini menjelaskan mengapa galaksi z tinggi dapat membentuk terus menerus sekitar sepuluh kali laju galaksi z ~ 0 khas.
Sumber: Institut Max Planck untuk Fisika Extraterrestrial, Tacconi et al. (2010), Nature 463, 781 (pracetak: arXiv: 1002.2149)
