Teleskop Subaru yang kuat di Hawaii telah menemukan galaksi paling jauh yang pernah dilihat, terletak 12,88 miliar tahun cahaya - ini hanya 780 juta tahun setelah Big Bang. Mengamati benda-benda di kejauhan ini sangat sulit, bukan hanya karena jaraknya yang jauh, tetapi karena banyak alam semesta dikaburkan di belakang hidrogen netral. Bintang-bintang baru kemudian mulai membersihkan hidrogen netral ini, membuat Semesta transparan.
Para astronom yang menggunakan teleskop Subaru di Hawaii telah melihat 60 juta tahun lebih jauh ke masa lalu daripada para astronom lainnya, untuk menemukan galaksi yang paling dikenal di jagat raya. Dengan melakukan itu, mereka menjunjung tinggi rekor Subaru untuk menemukan galaksi yang paling jauh dan paling awal yang dikenal. Penemuan terbaru mereka adalah sebuah galaksi yang disebut I0K-1 yang terletak sangat jauh sehingga para astronom melihatnya seperti yang muncul 12,88 miliar tahun yang lalu.
Penemuan ini, berdasarkan pengamatan yang dilakukan oleh Masanori Iye dari National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Kazuaki Ota dari Universitas Tokyo, Nobunari Kashikawa dari NAOJ, dan lainnya menunjukkan bahwa galaksi hanya ada 780 juta tahun setelah alam semesta muncul. sekitar 13,66 miliar tahun yang lalu sebagai sup panas partikel elementer.
Untuk mendeteksi cahaya dari galaksi ini, para astronom menggunakan kamera Suprime-Cam Subaru yang dilengkapi dengan filter khusus untuk mencari kandidat galaksi yang jauh. Mereka menemukan 41.533 objek, dan dari mereka mengidentifikasi dua kandidat galaksi untuk studi lebih lanjut menggunakan Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS) di Subaru. Mereka menemukan bahwa IOK-1, yang lebih terang dari keduanya, memiliki pergeseran merah 6,964, yang menegaskan jaraknya 12,88 miliar tahun cahaya.
Penemuan ini menantang para astronom untuk menentukan dengan tepat apa yang terjadi antara 780 dan 840 juta tahun setelah Big Bang. IOK-1 adalah salah satu dari hanya dua galaksi dalam studi baru yang bisa menjadi milik zaman jauh ini. Mengingat jumlah galaksi yang telah ditemukan dari 840 juta tahun setelah Big Bang, tim peneliti mengharapkan untuk menemukan sebanyak enam galaksi pada jarak ini. Kelangkaan komparatif objek seperti IOK-1 berarti bahwa alam semesta pasti telah berubah selama 60 juta tahun yang memisahkan kedua zaman.
Penafsiran yang paling menarik dari apa yang terjadi adalah bahwa kita melihat sebuah peristiwa yang dikenal para astronom sebagai reionisasi alam semesta. Dalam hal ini, 780 juta tahun setelah Big Bang, alam semesta masih memiliki cukup hidrogen netral untuk menghalangi pandangan kita tentang galaksi-galaksi muda dengan menyerap cahaya yang dihasilkan oleh bintang-bintang muda mereka yang panas. Enam puluh juta tahun kemudian, ada cukup banyak bintang muda untuk mengionisasi hidrogen netral yang tersisa, membuat alam semesta transparan dan memungkinkan kita untuk melihat bintang-bintang mereka.
Interpretasi lain dari hasil mengatakan bahwa ada lebih sedikit galaksi muda yang besar dan cemerlang 780 juta tahun setelah Big Bang daripada 60 juta tahun kemudian. Dalam hal ini, sebagian besar reionisasi akan terjadi lebih awal dari 12,88 miliar tahun yang lalu.
Tidak peduli interpretasi mana yang akhirnya menang, penemuan ini memberi sinyal bahwa para astronom sekarang menggali cahaya dari "Zaman Kegelapan" alam semesta. Ini adalah zaman ketika generasi pertama bintang dan galaksi muncul, dan zaman yang belum dapat diamati para astronom sampai sekarang.
INFORMASI LATAR BELAKANG:
Arkeologi Alam Semesta Awal Menggunakan Filter Khusus
Galaksi yang baru lahir mengandung bintang dengan berbagai massa. Bintang yang lebih berat memiliki suhu yang lebih tinggi, dan memancarkan radiasi ultraviolet yang memanaskan dan mengionisasi gas di dekatnya. Saat gas mendingin, ia memancarkan energi berlebih sehingga dapat kembali ke kondisi netral. Dalam proses ini, hidrogen akan selalu memancarkan cahaya pada 121,6 nanometer, yang disebut garis Lyman-alpha. Galaksi mana pun dengan banyak bintang panas harus bersinar terang pada panjang gelombang ini. Jika bintang terbentuk sekaligus, bintang paling terang dapat menghasilkan emisi Lyman-alpha selama 10 hingga 100 juta tahun.
Untuk mempelajari galaksi seperti IOK-1 yang ada pada masa awal di alam semesta, para astronom harus mencari cahaya Lyman-alpha yang direntangkan dan direduksi ke gelombang yang lebih panjang saat alam semesta mengembang. Namun, pada panjang gelombang lebih dari 700 nanometer, para astronom harus berurusan dengan emisi latar depan dari molekul OH di atmosfer Bumi sendiri yang mengganggu emisi redup dari objek yang jauh.
Untuk mendeteksi cahaya redup dari galaksi jauh, tim peneliti telah mengamati pada panjang gelombang di mana atmosfer Bumi tidak banyak bercahaya, melalui jendela di 711, 816, dan 921 nanometer. Jendela-jendela ini sesuai dengan emisi Lyman-alpha pergeseran merah dari galaksi dengan pergeseran merah masing-masing 4,8, 5,7, dan 6,6. Angka-angka ini menunjukkan seberapa kecil alam semesta dibandingkan dengan sekarang, dan sesuai dengan 1,26 miliar tahun, 1,01 miliar tahun, dan 840 juta tahun setelah Big Bang. Ini seperti melakukan arkeologi alam semesta awal dengan filter-filter khusus yang memungkinkan para ilmuwan melihat lapisan-lapisan penggalian yang berbeda.
Untuk mendapatkan hasil baru yang spektakuler, tim harus mengembangkan filter sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang hanya sekitar 973 nanometer, yang sesuai dengan emisi alpha Lyman pada pergeseran merah 7,0. Panjang gelombang ini berada pada batas CCD modern, yang kehilangan sensitivitas pada panjang gelombang lebih dari 1000 nanometer. Ini salah satu dari jenis filternya, yang disebut NB973, menggunakan teknologi pelapis multilayer, dan membutuhkan waktu lebih dari dua tahun untuk berkembang. Filter tidak hanya harus melewati cahaya dengan panjang gelombang hanya sekitar 973 nanometer, tetapi juga harus mencakup secara seragam seluruh bidang pandang fokus utama teleskop. Tim bekerja dengan sebuah perusahaan, Asahi Spectra Co.Ltd, untuk merancang filter prototipe untuk digunakan dengan Kamera Obyek Faru Subaru, dan kemudian menerapkan pengalaman itu untuk membuat filter untuk Suprime-Cam.
Pengamatan
Pengamatan dengan filter NB973 berlangsung selama musim semi tahun 2005. Setelah lebih dari 15 jam waktu pemaparan, data yang diperoleh mencapai besaran pembatas 24,9. Ada 41.533 objek dalam gambar ini, tetapi perbandingan dengan gambar yang diambil pada panjang gelombang lain menunjukkan bahwa hanya dua objek yang cerah hanya pada gambar NB973. Tim menyimpulkan bahwa hanya dua objek yang bisa menjadi galaksi pada pergeseran merah 7,0. Langkah selanjutnya adalah mengkonfirmasi identitas dua objek, IOK-1 dan IOK-2, dan tim mengamatinya dengan Kamera Obyek Fever dan Spektograf (FOCAS) pada teleskop Subaru. Setelah 8,5 jam waktu pemaparan, tim dapat memperoleh spektrum garis emisi dari dua objek yang lebih terang, IOK-1. Spektrumnya menunjukkan profil asimetris yang merupakan karakteristik emisi Lyman-alpha dari galaksi jauh. Garis emisi terpusat pada panjang gelombang 968,2 nanometer (pergeseran merah 6,964), sesuai dengan jarak 12,88 miliar tahun cahaya dan waktu 780 juta tahun setelah Big Bang.
Identitas Galaxy Calon Kedua
Tiga jam waktu pengamatan tidak menghasilkan hasil konklusif untuk menentukan sifat IOK-2. Tim peneliti sejak itu memperoleh lebih banyak data yang sekarang sedang dianalisis. Mungkin saja IOK-2 adalah galaksi jauh yang lain, atau bisa juga objek dengan kecerahan variabel. Sebagai contoh, sebuah galaksi dengan supernova atau lubang hitam secara aktif menelan material yang kebetulan tampak terang selama pengamatan dengan filter NB973. (Pengamatan di filter lain dilakukan satu atau dua tahun sebelumnya.)
Subaru Deep Field
Teleskop Subaru sangat cocok untuk mencari galaksi yang paling jauh. Dari semua teleskop kelas 8 hingga 10 meter di dunia, itu adalah satu-satunya yang memiliki kemampuan untuk memasang kamera pada fokus utama. Fokus utama, di bagian atas tabung teleskop, memiliki keunggulan bidang pandang yang luas. Akibatnya, Subaru saat ini mendominasi daftar galaksi yang paling jauh yang dikenal. Banyak dari ini berada di wilayah langit ke arah rasi Coma Berenices yang disebut Subaru Deep Field yang dipilih oleh tim peneliti untuk studi intensif pada banyak panjang gelombang.
Sejarah Awal Semesta dan Formasi Galaksi Pertama
Untuk menempatkan pencapaian Subaru ini ke dalam konteks, penting untuk meninjau kembali apa yang kita ketahui tentang sejarah alam semesta awal. Alam semesta dimulai dengan Big Bang, yang terjadi sekitar 13,66 miliar tahun yang lalu dalam kekacauan suhu dan tekanan ekstrem. Dalam tiga menit pertama, alam semesta bayi dengan cepat mengembang dan mendingin, menghasilkan inti unsur-unsur ringan seperti hidrogen dan helium tetapi sangat sedikit inti unsur yang lebih berat. Dalam 380.000 tahun, berbagai hal telah mendingin hingga suhu sekitar 3.000 derajat. Pada titik itu, elektron dan proton dapat bergabung membentuk hidrogen netral.
Dengan elektron yang sekarang terikat pada inti atom, cahaya dapat melakukan perjalanan melalui ruang tanpa disebarkan oleh elektron. Kita benar-benar dapat mendeteksi cahaya yang menembus alam semesta saat itu. Namun, karena waktu dan jarak, ia telah membentang dengan faktor 1.000, memenuhi alam semesta dengan radiasi yang kami deteksi sebagai gelombang mikro (disebut Cosmic Microwave Background). Wahana antariksa Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) mempelajari radiasi ini dan datanya memungkinkan para astronom untuk menghitung usia alam semesta sekitar 13,66 miliar tahun. Selain itu, data ini menyiratkan adanya hal-hal seperti materi gelap dan energi gelap yang bahkan lebih misterius.
Para astronom berpikir bahwa selama beberapa ratus juta tahun pertama setelah Dentuman Besar, alam semesta terus mendingin dan bahwa generasi pertama bintang dan galaksi terbentuk di daerah materi dan materi gelap yang paling padat. Periode ini dikenal sebagai "Zaman Kegelapan" dari alam semesta. Belum ada pengamatan langsung dari peristiwa ini, jadi para astronom menggunakan simulasi komputer untuk menyatukan prediksi teoretis dan bukti pengamatan yang ada untuk memahami pembentukan bintang dan galaksi pertama.
Begitu bintang-bintang yang terang lahir, radiasi ultraviolet mereka dapat mengionisasi atom hidrogen terdekat dengan membelahnya kembali menjadi elektron dan proton yang terpisah. Pada titik tertentu, ada cukup banyak bintang terang untuk mengionisasi hampir semua hidrogen netral di alam semesta. Proses ini disebut reionisasi alam semesta. Zaman reionisasi menandakan akhir Zaman Kegelapan alam semesta. Saat ini sebagian besar hidrogen di ruang antara galaksi terionisasi.
Mengenali Zaman Reionisasi
Para astronom memperkirakan reionisasi terjadi antara 290 hingga 910 juta tahun setelah kelahiran alam semesta. Menentukan dengan tepat awal dan akhir zaman reionisasi adalah salah satu batu loncatan penting untuk memahami bagaimana alam semesta berevolusi, dan merupakan bidang studi intens dalam kosmologi dan astrofisika.
Tampaknya saat kita melihat lebih jauh ke masa lalu, galaksi semakin langka. Jumlah galaksi dengan pergeseran merah 7,0 (yang sesuai dengan waktu sekitar 780 juta tahun setelah Big Bang) tampaknya lebih kecil dari apa yang dilihat para astronom pada pergeseran merah 6,6 (yang sesuai dengan waktu sekitar 840 juta tahun setelah Ledakan Besar) . Karena jumlah galaksi yang diketahui pada pergeseran merah 7,0 masih kecil (hanya satu!), Sulit untuk membuat perbandingan statistik yang kuat. Namun, ada kemungkinan bahwa penurunan jumlah galaksi pada pergeseran merah yang lebih tinggi adalah karena adanya hidrogen netral yang menyerap emisi Lyman-alpha dari galaksi pada pergeseran merah yang lebih tinggi. Jika penelitian lebih lanjut dapat mengkonfirmasi bahwa kepadatan jumlah galaksi yang sama berkurang antara pergeseran merah 6,6 dan 7,0, itu bisa berarti bahwa IOK-1 ada selama zaman reionisasi alam semesta.
Hasil ini akan diterbitkan dalam edisi 14 September 2006, Nature.
Sumber Asli: Rilis Berita Subaru
