Dalam upaya mereka mempelajari bagaimana jagat raya kita terbentuk, para ilmuwan telah menyelidiki jauh ke ruang angkasa (dan karenanya, sangat jauh ke masa lalu). Pada akhirnya, tujuan mereka adalah untuk menentukan kapan galaksi pertama di alam semesta kita terbentuk dan apa pengaruhnya terhadap evolusi kosmik. Upaya terbaru untuk menemukan formasi paling awal ini telah menyelidiki jarak hingga 13 miliar tahun cahaya dari Bumi - yaitu sekitar 1 miliar tahun setelah Big Bang.
Dari ini, para ilmuwan sekarang dapat mempelajari bagaimana galaksi awal mempengaruhi materi di sekitar mereka - khususnya, reionisasi atom netral. Sayangnya, sebagian besar galaksi awal sangat redup, yang membuat mempelajari interiornya menjadi sulit. Tetapi berkat survei baru-baru ini yang dilakukan oleh tim astronom internasional, sebuah galaksi besar yang lebih bercahaya terlihat yang dapat memberikan pandangan yang jelas tentang bagaimana galaksi awal mengarah pada reionisasi.
Studi yang merinci temuan mereka, berjudul "Properti ISM dari Galaksi Pembentuk Bintang Berdebu Masif Ditemukan di z ~ 7 ", baru-baru ini diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters.Dipimpin oleh para peneliti dari Institut Max Planck untuk Astronomi Radio di Bonn, Jerman, tim mengandalkan data dari survei South Pole Telescope (SPT) -SZ dan ALMA untuk menemukan galaksi yang ada 13 miliar tahun lalu (hanya 800 juta tahun setelah Ledakan Besar).
Sesuai dengan model kosmologi Big Bang, reionisasi mengacu pada proses yang terjadi setelah periode yang dikenal sebagai "Abad Kegelapan". Ini terjadi antara 380.000 dan 150 juta tahun setelah Big Bang, di mana sebagian besar foton di Alam Semesta berinteraksi dengan elektron dan proton. Akibatnya, radiasi periode ini tidak dapat terdeteksi oleh instrumen kami saat ini - oleh karena itu namanya.
Tepat sebelum periode ini, "Rekombinasi" terjadi, di mana atom hidrogen dan helium mulai terbentuk. Awalnya terionisasi (tanpa elektron terikat pada nukleusnya), molekul-molekul ini secara bertahap menangkap ion ketika Alam Semesta mendingin, menjadi netral. Selama periode berikutnya - yaitu antara 150 juta hingga 1 miliar tahun setelah Big Bang - struktur besar Semesta mulai terbentuk.
Intrinsik untuk ini adalah proses reionisasi, di mana bintang-bintang dan quasar pertama terbentuk dan radiasi mereka reionized the Universe sekitarnya. Karena itu jelas mengapa para astronom ingin menyelidiki era Semesta ini. Dengan mengamati bintang dan galaksi pertama, dan apa efeknya pada kosmos, para astronom akan mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana periode awal ini mengarah ke Semesta seperti yang kita kenal sekarang.
Beruntung bagi tim peneliti, galaksi besar yang membentuk bintang pada periode ini diketahui mengandung banyak debu. Walaupun sangat redup pada pita optik, galaksi ini memancarkan radiasi kuat pada panjang gelombang submillimeter, yang membuatnya dapat dideteksi menggunakan teleskop canggih saat ini - termasuk South Pole Telescope (SPT), Eksperimen Pathfinder Atacama (APEX), dan Atacama Large Millimeter Array (ALMA ).
Demi penelitian mereka, Strandet dan Weiss mengandalkan data dari SPT untuk mendeteksi serangkaian galaksi berdebu dari alam semesta awal. Seperti yang diungkapkan oleh Maria Strandet dan Axel Weiss dari Institut Max Planck untuk Radio Astronomi (dan penulis utama dan rekan penulis pada studi ini) kepada Space Magazine melalui email:
“Kami telah menggunakan cahaya dengan panjang gelombang sekitar 1 mm, yang dapat diamati dengan teleskop mm seperti SPT, APEX atau ALMA. Pada panjang gelombang ini, foton dihasilkan oleh radiasi termal debu. Keindahan menggunakan panjang gelombang panjang ini adalah, bahwa untuk rentang pergeseran merah yang besar (melihat ke belakang waktu), peredupan galaksi [disebabkan] oleh peningkatan jarak dikompensasi oleh pergeseran merah - sehingga intensitas yang diamati tidak tergantung pada pergeseran merah. Ini karena, untuk galaksi pergeseran merah yang lebih tinggi, kita melihat panjang gelombang yang secara intrinsik lebih pendek (oleh (1 + z)) di mana radiasi lebih kuat untuk spektrum termal seperti spektrum debu. "
Ini diikuti oleh data dari ALMA, yang digunakan tim untuk menentukan jarak galaksi dengan melihat panjang gelombang molekul karbon monoksida yang di-redshift dalam medium antarbintang mereka (ISM). Dari semua data yang mereka kumpulkan, mereka mampu membatasi sifat-sifat salah satu galaksi ini - SPT0311-58 - dengan mengamati garis spektralnya. Dengan melakukan itu, mereka menentukan bahwa galaksi ini ada hanya 760 juta tahun setelah Big Bang.
"Karena kekuatan sinyal pada 1mm tidak tergantung pada pergeseran merah (lihat kembali waktu), kami tidak memiliki petunjuk apriori jika suatu objek relatif dekat (dalam arti kosmologis) atau pada saat reionisasi," kata mereka. “Itulah sebabnya kami melakukan survei besar untuk menentukan pergeseran merah melalui emisi garis molekul menggunakan ALMA. SPT0311-58 ternyata menjadi objek pergeseran merah tertinggi yang ditemukan dalam survei ini dan bahkan galaksi pembentuk bintang berdebu masif yang paling jauh sejauh ini ditemukan. ”
Dari pengamatan mereka, mereka juga menentukan bahwa SPT0311-58 memiliki massa sekitar 330 miliar massa Matahari, yang sekitar 66 kali lebih banyak dari Galaksi Bima Sakti (yang memiliki sekitar 5 miliar massa Matahari). Mereka juga memperkirakan bahwa ia sedang membentuk bintang-bintang baru dengan laju beberapa ribu per tahun, yang dapat menjadi kasus untuk galaksi-galaksi tetangga yang bertanggal pada periode ini.
Objek langka dan jauh ini adalah salah satu kandidat terbaik untuk mempelajari apa yang tampak seperti alam semesta awal dan bagaimana ia telah berevolusi sejak itu. Ini pada gilirannya akan memungkinkan para astronom dan kosmolog untuk menguji dasar teoretis untuk Teori Big Bang. Seperti yang diungkapkan Strandet dan Weiss kepada Space Magazine tentang penemuan mereka:
“Objek-objek ini penting untuk memahami evolusi galaksi secara keseluruhan karena sejumlah besar debu sudah ada di sumber ini, hanya 760 juta tahun setelah Big Bang, berarti ia adalah objek yang sangat masif. Fakta belaka bahwa galaksi masif seperti itu sudah ada ketika Semesta masih sangat muda menempatkan kendala kuat pada pemahaman kita tentang penumpukan massa galaksi. Lebih jauh lagi, debu perlu terbentuk dalam waktu yang sangat singkat, yang memberikan wawasan tambahan tentang produksi debu dari populasi bintang pertama. "
Kemampuan untuk melihat lebih dalam ke ruang angkasa, dan lebih jauh ke masa lalu, telah menyebabkan banyak penemuan mengejutkan akhir-akhir ini. Dan ini pada gilirannya menantang beberapa asumsi kita tentang apa yang terjadi di Semesta, dan kapan. Dan pada akhirnya, mereka membantu para ilmuwan untuk membuat catatan evolusi kosmik yang lebih terperinci dan lengkap. Suatu hari nanti, kita bahkan mungkin dapat menyelidiki saat-saat paling awal di Alam Semesta, dan menyaksikan penciptaan dalam aksi!
