"Galaksi terjauh yang pernah dilihat!" Belum pernahkah kita mendengar itu sebelumnya? (Lihat di sini dan di sini, misalnya.) Meskipun memang benar bahwa para astronom terus mendorong lebih jauh ke masa lalu dengan instrumen yang lebih baik, ada tantangan mendasar baik dalam mengamati dan mengukur jarak ke galaksi paling awal di kosmos.
Itulah sebabnya pengamatan baru terhadap galaksi yang terbentuk sekitar 700 juta tahun setelah Big Bang sangat penting. Sementara sejumlah galaksi telah diidentifikasi yang terbentuk di era itu, para astronom hanya mengukur jarak akurat untuk lima di antaranya. Galaksi ini menandai keenam, dan itu adalah yang terjauh dari kelompok itu. Mungkin bahkan lebih penting daripada pengukuran jarak, para peneliti menentukan bahwa galaksi ini melahirkan bintang-bintang baru lebih dari 100 kali kecepatan yang dilakukan Bima Sakti saat ini. Itu menunjukkan galaksi awal mungkin lebih agresif dengan pembentukan bintang daripada yang diyakini sebelumnya.
Sebuah makalah baru diterbitkan di Alam (peringatan paywall) menggambarkan pengukuran pergeseran merah sebuah galaksi yang diidentifikasi dalam Survei Warisan Extragalactic Deep-infrared Inframerah Dekat Majelis (CANDELS), yang menggunakan spektograf inframerah pada teleskop Keck di Hawaii. Karena jarak yang sangat jauh ini, Teleskop Luar Angkasa Hubble tidak melihat galaksi di pita optiknya, tetapi teleskop ini merupakan sumber cahaya inframerah, baik untuk Hubble maupun Teleskop Luar Angkasa Spitzer. Redshift, jika Anda ingat, adalah ukuran seberapa cepat sebuah galaksi tampaknya bergerak menjauh dari kita saat alam semesta mengembang; semakin tinggi pergeseran merah, semakin jauh galaksi itu - dan karena itu semakin lama ia memancarkan cahaya yang kita lihat. Saat Semesta tumbuh, ia meregangkan panjang gelombang cahaya secara proporsional. Dengan cara itu, cahaya tampak atau bahkan emisi ultraviolet yang biasa terdapat pada bintang-bintang berubah menjadi bagian inframerah spektrum.
Dalam hal ini, para astronom mengukur pergeseran merah galaksi z8_GND_5296 (ada nama yang mudah diingat untuk Anda) menjadi 7,51, yang berarti sekitar 13 miliar tahun cahaya jauhnya. Mereka menentukan angka ini dengan mengukur emisi Lyman alpha (Ly α) dari gas hidrogen, yang sangat umum dan sulit diukur pada jarak yang sangat jauh. Cahaya α Ly dari gas hidrogen di lokasi kami adalah sekitar 122 nanometer, kuat di bagian ultraviolet spektrum, tetapi emisi yang sesuai dari z8_GND_5296 adalah sekitar 1034 nanometer, yang merupakan inframerah. (Untuk mendapatkan pergeseran merah, bagi angka yang lebih besar dengan yang lebih kecil dan kurangi 1. Sayangnya, hubungan antara pergeseran merah dan jarak tidak sesederhana itu.)
Namun, tidak setiap galaksi pada jarak yang sebanding memiliki emisi Ly α yang terukur: sesuatu tampaknya mencegah sebagian besar cahaya itu mencapai kita. Gagasan utama adalah gas intergalaksi netral yang menghamburkan cahaya, tetapi ada terlalu sedikit galaksi yang diamati untuk mengkonfirmasi hipotesis itu. Akibatnya, sementara ada puluhan galaksi dengan pergeseran merah lebih besar dari 7 (ditentukan bukan oleh spektrum tetapi oleh warna yang tampak dari galaksi), pergeseran merah tidak dapat diperiksa ulang untuk sebagian besar. Makalah ini melaporkan 43 galaksi awal, tetapi hanya satu dari sampel yang memiliki emisi Ly α yang terukur.
Lebih menarik lagi, galaksi z8_GND_5296 relatif kaya akan "logam": unsur-unsur yang lebih berat daripada helium. Karena unsur-unsur ini dihasilkan oleh bintang-bintang daripada Big Bang, itu menunjukkan siklus kelahiran dan kematian bintang yang sangat cepat bahkan pada saat galaksi ini memancarkan cahaya yang kita amati.
Untuk mendukung pernyataan itu, penulis penelitian ini menemukan bahwa z8_GND_5296 dan galaksi serupa yang ditunjuk GN 108036 memiliki tingkat pembentukan bintang yang sangat tinggi, mengubah massa massa setara 330 Suns menjadi bintang baru. Itu lebih dari 100 kali laju pembentukan bintang di Bima Sakti, dan sebanding dengan beberapa galaksi pembentuk bintang yang paling ekstrem. Galaksi-galaksi ini sebelumnya dianggap langka, sehingga para astronom mungkin perlu merevisi perkiraan mereka tentang seberapa cepat bintang baru dibuat di galaksi awal.
Tidak peduli apa, akan menarik untuk melihat seperti apa galaksi-galaksi awal lainnya saat pengamatan kita meningkat. Tanpa itu, kami tidak akan tahu apakah z8_GND_5296 adalah kelangkaan dalam pembentukan bintang ekstremnya, atau pahami mengapa ia relatif cerdas dalam emisi Ly α sedangkan saudara kandungnya tidak. Dan mungkin kita akan menemukan pembagian waktu antara era tanpa galaksi dan galaksi pertama yang terbentuk.
