Kredit gambar: ESO
Sebuah tim astronom yang berbasis di Hawaii telah menemukan galaksi yang jauh berjarak 12,8 miliar tahun cahaya yang menunjukkan kepada kita seperti apa alam semesta saat baru berusia 900 juta tahun. Mereka menemukan galaksi dengan menggunakan kamera khusus yang dipasang pada teleskop Kanada-Prancis-Hawaii yang mencari benda-benda jauh dalam frekuensi cahaya yang sangat spesifik. Dengan mengungkap galaksi ini, yang terletak di konstelasi Cetus, tepat di dekat bintang Mira, tim telah mengembangkan metodologi baru untuk menemukan objek yang jauh yang akan membantu pengamat masa depan melihat lebih jauh ke masa lalu.
Dengan teleskop dan instrumen yang ditingkatkan, pengamatan terhadap galaksi yang sangat terpencil dan samar menjadi mungkin yang baru-baru ini menjadi impian para astronom.
Salah satu objek tersebut ditemukan oleh tim astronom [2] dengan kamera lapangan lebar yang dipasang di teleskop Kanada-Prancis-Hawaii di Mauna Kea (Hawaii, AS) selama pencarian galaksi yang sangat jauh. Ditunjuk "z6VDF J022803-041618", itu terdeteksi karena warnanya yang tidak biasa, hanya terlihat pada gambar yang diperoleh melalui filter optik khusus yang mengisolasi cahaya dalam pita inframerah-dekat yang sempit.
Spektrum tindak lanjut dari objek ini dengan instrumen multi-mode FORS2 di ESO Very Large Telescope (VLT) mengkonfirmasi bahwa ia adalah galaksi yang sangat jauh (pergeseran merah adalah 6,17 [3]). Itu terlihat seperti ketika Alam Semesta baru berumur sekitar 900 juta tahun.
z6VDF J022803-041618 adalah salah satu galaksi yang paling jauh yang spektrumnya telah diperoleh sejauh ini. Menariknya, ia ditemukan karena cahaya yang dipancarkan oleh bintang-bintang masifnya dan bukan, seperti yang diperkirakan semula, dari emisi oleh gas hidrogen.
Sejarah singkat dari Semesta awal
Kebanyakan ilmuwan setuju bahwa Semesta berasal dari keadaan awal yang panas dan sangat padat dalam Big Bang. Pengamatan terbaru menunjukkan bahwa peristiwa penting ini terjadi sekitar 13.700 juta tahun yang lalu.
Selama beberapa menit pertama, diproduksi sejumlah besar hidrogen dan inti helium dengan proton dan neutron. Ada juga banyak elektron bebas dan selama zaman berikut, banyak foton tersebar dari ini dan inti atom. Pada tahap ini, Semesta benar-benar buram.
Setelah sekitar 100.000 tahun, Semesta telah mendingin hingga beberapa ribu derajat dan inti dan elektron sekarang bergabung membentuk atom. Foton-foton itu kemudian tidak lagi tersebar dari ini dan Semesta tiba-tiba menjadi transparan. Ahli kosmologi menyebut momen ini sebagai "zaman rekombinasi". Radiasi latar belakang gelombang mikro yang sekarang kita amati dari segala arah menggambarkan keadaan keseragaman yang sangat besar di alam semesta pada zaman yang jauh itu.
Pada fase berikutnya, atom purba - lebih dari 99% di antaranya adalah hidrogen dan helium - bergerak bersama dan mulai membentuk awan besar dari mana bintang dan galaksi kemudian muncul. Generasi pertama bintang dan, agak kemudian, galaksi dan quasar pertama [4], menghasilkan radiasi ultraviolet intensif. Radiasi itu tidak berjalan jauh, meskipun fakta bahwa Semesta telah menjadi transparan sejak lama. Ini karena foton ultraviolet (panjang gelombang pendek) akan segera diserap oleh atom hidrogen, "menjatuhkan" elektron dari atom-atom itu, sementara foton dengan panjang gelombang yang lebih panjang dapat bergerak jauh lebih jauh. Gas intergalaksi kemudian terionisasi dalam bidang yang terus tumbuh di sekitar sumber pengion.
Pada suatu saat, bola-bola ini menjadi begitu besar sehingga saling tumpang tindih; ini disebut sebagai "zaman ionisasi ulang". Sampai saat itu, radiasi ultraviolet diserap oleh atom-atom, tetapi Semesta sekarang juga menjadi transparan terhadap radiasi ini. Sebelumnya, sinar ultraviolet dari bintang-bintang dan galaksi-galaksi pertama tidak dapat dilihat dari jarak yang jauh, tetapi sekarang Semesta tiba-tiba tampak penuh dengan benda-benda terang. Karena alasan inilah interval waktu antara zaman "rekombinasi" dan "ionisasi ulang" disebut sebagai "Abad Kegelapan".
Kapan akhir dari "Zaman Kegelapan"?
Zaman pasti ionisasi ulang adalah subjek perdebatan aktif di antara para astronom, tetapi hasil terbaru dari pengamatan di darat dan luar angkasa menunjukkan bahwa "Zaman Kegelapan" berlangsung beberapa ratus juta tahun. Berbagai program penelitian sekarang sedang berlangsung yang berupaya menentukan dengan lebih baik ketika peristiwa-peristiwa awal ini terjadi. Untuk ini, perlu menemukan dan mempelajari secara terperinci objek paling awal dan karenanya, paling jauh, di Alam Semesta - dan ini adalah upaya pengamatan yang sangat menuntut.
Cahaya diredupkan oleh kuadrat jarak dan semakin jauh kita melihat keluar di ruang untuk mengamati objek - dan karena itu semakin jauh ke belakang saat kita melihatnya - semakin redup itu muncul. Pada saat yang sama, cahaya redupnya bergeser ke arah wilayah merah spektrum karena ekspansi Semesta - semakin besar jaraknya, semakin besar pergeseran merah yang diamati [3].
Garis emisi Lyman-alpha
Dengan teleskop berbasis darat, batas deteksi samar dicapai dengan pengamatan di bagian spektrum yang terlihat. Deteksi objek yang sangat jauh karena itu memerlukan pengamatan tanda tangan spektral ultraviolet yang telah dipindahkan ke wilayah yang terlihat. Biasanya, para astronom menggunakan garis emisi spektral Lyman-alpha yang di-redshift dengan panjang gelombang 121,6 nm; itu sesuai dengan foton yang dipancarkan oleh atom hidrogen ketika mereka berubah dari keadaan tereksitasi ke keadaan fundamental mereka.
Salah satu cara yang jelas untuk mencari galaksi yang paling jauh adalah mencari emisi Lyman-alfa pada panjang gelombang yang paling pendek (terpanjang). Semakin lama panjang gelombang dari garis Lyman-alpha yang diamati, semakin besar pergeseran merah dan jarak, dan sebelumnya adalah zaman di mana kita melihat galaksi dan semakin dekat kita ke arah saat yang menandai akhir dari "Zaman Kegelapan". ”
Detektor CCD yang digunakan dalam instrumen astronomi (serta dalam kamera digital komersial) peka terhadap cahaya dengan panjang gelombang hingga sekitar 1000 nm (1? M), yaitu, di wilayah spektrum inframerah sangat dekat, di luar cahaya merah yang dapat dirasakan oleh mata manusia sekitar 700-750 nm.
Langit malam inframerah dekat yang terang
Namun, ada masalah lain untuk jenis pekerjaan ini. Pencarian untuk emisi Lyman-alpha redup dari galaksi jauh diperumit oleh fakta bahwa atmosfer terestrial - yang harus dilihat oleh semua teleskop berbasis darat - juga memancarkan cahaya. Ini khususnya terjadi pada bagian spektrum merah dan hampir inframerah di mana ratusan garis emisi terpisah berasal dari molekul hidroksil (radikal OH) yang ada di atmosfer terestrial atas pada ketinggian sekitar 80 km (lihat PR Foto 13a / 03).
Emisi kuat yang oleh para astronom disebut sebagai "latar belakang langit" ini bertanggung jawab atas batas pingsan di mana benda-benda langit dapat dideteksi dengan teleskop berbasis darat pada panjang gelombang inframerah-dekat. Namun, untungnya ada interval spektral "latar belakang OH rendah" di mana garis emisi ini jauh lebih redup, sehingga memungkinkan batas deteksi yang lebih redup dari pengamatan di lapangan. Dua "jendela langit gelap" seperti itu terlihat dalam PR Photo 13a / 03 dekat panjang gelombang 820 dan 920 nm.
Mempertimbangkan aspek-aspek ini, cara yang menjanjikan untuk mencari secara efisien untuk galaksi yang paling jauh adalah untuk mengamati pada panjang gelombang dekat 920 nm melalui filter optik pita sempit. Menyesuaikan lebar spektral filter ini menjadi sekitar 10 nm memungkinkan deteksi sebanyak mungkin cahaya dari benda langit saat dipancarkan dalam garis spektral yang cocok dengan filter, sambil meminimalkan pengaruh buruk dari emisi langit.
Dengan kata lain, dengan maksimum cahaya yang dikumpulkan dari objek yang jauh dan minimal cahaya yang mengganggu dari atmosfer terestrial, peluang untuk mendeteksi objek yang jauh itu optimal. Para astronom berbicara tentang "memaksimalkan kontras" dari objek yang menunjukkan garis emisi pada panjang gelombang ini.
Program Pencarian CFHT
Berdasarkan pertimbangan di atas, tim astronom internasional [2] memasang filter optik pita sempit yang berpusat pada panjang gelombang inframerah-dekat 920 nm pada instrumen CFH12K di teleskop Kanada-Prancis-Hawaii di Mauna Kea (Hawaii, AS) untuk mencari galaksi yang sangat jauh. CFH12K adalah kamera bidang lebar yang digunakan pada fokus utama CFHT, memberikan bidang pandang sekitar. 30 x 40 arcmin2, agak lebih besar dari bulan purnama [5].
Dengan membandingkan gambar-gambar dari bidang langit yang sama yang diambil melalui filter yang berbeda, para astronom dapat mengidentifikasi objek yang tampak relatif "cerah" pada gambar NB920 dan "pingsan" (atau bahkan tidak terlihat) dalam gambar yang sesuai yang diperoleh melalui filter lain. . Contoh yang mencolok ditunjukkan pada Foto PR 13b / 03 - objek di tengah terlihat jelas pada gambar 920nm, tetapi tidak sama sekali pada gambar lainnya.
Penjelasan yang paling mungkin untuk objek dengan warna yang tidak biasa adalah bahwa itu adalah galaksi yang sangat jauh di mana panjang gelombang yang diamati dari garis emisi alfa Lyman yang kuat hampir 920 nm, karena pergeseran merah. Setiap cahaya yang dipancarkan oleh galaksi dengan panjang gelombang lebih pendek dari Lyman-alpha sangat diserap oleh intervensi gas hidrogen antar-bintang dan antar-galaksi; inilah alasan mengapa objek tidak terlihat di semua filter lainnya.
Spektrum VLT
Untuk mempelajari sifat sebenarnya dari objek ini, perlu untuk melakukan tindak lanjut spektroskopi, dengan mengamati spektrumnya. Ini dicapai dengan instrumen multi-mode FORS 2 di teleskop VEP YEPUN 8,2 m di ESO Paranal Observatory. Fasilitas ini memberikan kombinasi sempurna antara resolusi spektral moderat dan sensitivitas tinggi dalam warna merah untuk pengamatan yang sangat menuntut ini. Spektrum (samar) yang dihasilkan ditunjukkan pada Foto PR 13c / 03.
Foto PR 13d / 03 menunjukkan penelusuran spektrum akhir ("dibersihkan") objek setelah ekstraksi dari gambar yang ditunjukkan dalam Foto PR 13c / 03. Satu garis emisi luas terdeteksi dengan jelas (di sebelah kiri tengah; diperbesar dalam sisipan). Asimetris, tertekan pada sisi biru (kiri). Ini, dikombinasikan dengan fakta bahwa tidak ada cahaya kontinum yang terdeteksi di sebelah kiri garis, adalah tanda spektrum yang jelas dari garis Lyman-alpha: foton "lebih biru" daripada Lyman-alpha sangat diserap oleh gas yang ada di galaksi itu sendiri , dan dalam medium intergalaksi sepanjang garis pandang antara Bumi dan objek.
Pengamatan spektroskopi karena itu memungkinkan para astronom untuk mengidentifikasi secara jelas garis ini sebagai Lyman-alpha, dan karenanya untuk mengkonfirmasi jarak yang sangat jauh (pergeseran merah tinggi) dari objek khusus ini. Pergeseran merah yang diukur adalah 6,17, menjadikan objek ini salah satu galaksi paling jauh yang pernah terdeteksi. Ia menerima sebutan "z6VDF J022803-041618" - bagian pertama dari nama yang agak sulit ini mengacu pada survei dan yang kedua menunjukkan posisi galaksi ini di langit.
Cahaya bintang di Semesta awal
Namun, pengamatan ini tidak datang tanpa kejutan! Para astronom berharap (dan berharap) mendeteksi garis Lyman-alpha dari objek di tengah jendela spektral 920 nm. Namun, sementara garis Lyman-alpha ditemukan, itu diposisikan pada gelombang yang agak lebih pendek.
Dengan demikian, bukan emisi Lyman-alpha yang menyebabkan galaksi ini menjadi "cerah" pada gambar pita-sempit (NB920), tetapi emisi "kontinum" pada panjang gelombang lebih panjang daripada Lyman-alpha. Radiasi ini sangat samar terlihat sebagai garis horizontal dan difus dalam PR Foto 13c / 03.
Salah satu konsekuensinya adalah pergeseran merah yang diukur 6,17 lebih rendah dari pergeseran merah yang diprediksi semula sekitar 6,5. Lainnya adalah bahwa z6VDF J022803-041618 terdeteksi oleh cahaya dari bintang masifnya ("kontinum") dan bukan oleh emisi dari gas hidrogen (garis Lyman-alpha).
Kesimpulan menarik ini sangat menarik karena menunjukkan bahwa pada prinsipnya memungkinkan untuk mendeteksi galaksi pada jarak yang sangat jauh ini tanpa harus bergantung pada garis emisi alfa-Lyman, yang mungkin tidak selalu hadir dalam spektrum galaksi-galaksi jauh. Ini akan memberi para astronom gambaran yang lebih lengkap tentang populasi galaksi di awal Semesta.
Selain itu, mengamati semakin banyak galaksi-galaksi jauh ini akan membantu untuk lebih memahami keadaan ionisasi Alam Semesta pada usia ini: sinar ultraviolet yang dipancarkan oleh galaksi-galaksi ini seharusnya tidak mencapai kita di alam semesta “netral”, yaitu sebelum re-ionisasi terjadi . Perburuan galaksi-galaksi seperti itu sekarang dilakukan untuk memperjelas bagaimana transisi dari Zaman Kegelapan terjadi!
Sumber Asli: Siaran Berita ESO
