Webb menemukan galaksi kuno yang sulit dijelaskan

NASA‘S Teleskop Luar Angkasa James Webb Penelitian ini telah mengungkap objek-objek misterius di alam semesta awal yang menantang teori-teori terkini tentang galaksi dan planet masif. Lubang hitam perkembangan.

Objek-objek ini mengandung bintang-bintang kuno dan lubang hitam masif, jauh lebih besar dari perkiraan, menunjukkan bentuk pembentukan galaksi awal yang cepat dan tidak konvensional. Hasilnya menyoroti perbedaan signifikan dengan model saat ini, dan sifat unik objek tersebut menunjukkan sejarah kosmik awal yang kompleks.

Sebuah penemuan menakjubkan pada awal mula alam semesta

Penemuan baru-baru ini oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA telah mengkonfirmasi bahwa objek bercahaya sangat merah yang sebelumnya terdeteksi di alam semesta awal menantang gagasan lama tentang asal usul dan evolusi galaksi serta lubang hitam supermasifnya.

Dipimpin oleh peneliti dari Penn State dan menggunakan instrumen NIRSpec di JWST sebagai bagian dari survei RUBIES, tim internasional mengidentifikasi tiga objek misterius yang berasal dari 600-800 juta tahun setelahnya. ledakan besar ituPada saat alam semesta baru berumur 5% dari umurnya saat ini. Mereka mengumumkan penemuan tersebut pada 27 Juni di majalah tersebut Surat Jurnal Astrofisika.

Para ilmuwan menganalisis pengukuran spektroskopi, atau intensitas panjang gelombang cahaya berbeda yang dipancarkan suatu benda. Analisis mereka menemukan tanda-tanda bintang “tua”, berusia ratusan juta tahun, jauh lebih tua dari perkiraan di alam semesta muda.

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) menawarkan jendela ke masa lalu alam semesta, menangkap gambar galaksi dan bintang pertama di alam semesta, yang terbentuk lebih dari 13,5 miliar tahun yang lalu. Kredit gambar: Pusat Sains Luar Angkasa NASA-Goddard, Adriana M. Gutierrez (Lab CI)

Penemuan tak terduga dalam evolusi galaksi

Para peneliti mengatakan mereka juga terkejut menemukan tanda-tanda lubang hitam supermasif pada objek yang sama, yang mereka perkirakan berukuran 100 hingga 1.000 kali lebih besar daripada lubang hitam supermasif di galaksi kita. Bima SaktiHal ini diperkirakan tidak akan terjadi pada model pertumbuhan galaksi dan pembentukan lubang hitam supermasif saat ini, yang memperkirakan galaksi dan lubang hitamnya akan tumbuh bersama selama miliaran tahun dalam sejarah alam semesta.

“Kami telah memastikan bahwa objek-objek ini tampaknya penuh dengan bintang-bintang kuno – berusia ratusan juta tahun – di alam semesta yang baru berusia 600-800 juta tahun,” kata Bingyi Wang, peneliti pascadoktoral di Penn State dan penulis utama buku tersebut. penelitian tersebut. “Benda-benda ini memegang rekor tanda tangan tertua dari cahaya bintang kuno.” “Sungguh tidak terduga menemukan bintang-bintang kuno di alam semesta yang begitu muda. Model standar kosmologi dan pembentukan galaksi telah sangat sukses, namun objek-objek bercahaya ini tidak sesuai dengan teori-teori ini.”

Para peneliti pertama kali menemukan objek berukuran besar tersebut pada Juli 2022, ketika kumpulan data awal dari JWST dirilis. Tim menerbitkan makalah penelitian di alam Beberapa bulan kemudian, keberadaan benda tersebut diumumkan.

Tantangan dalam observasi kosmik

Pada saat itu, para peneliti menduga bahwa objek-objek ini adalah galaksi, namun mereka menindaklanjuti analisis mereka dengan mengambil spektrum untuk lebih memahami jarak sebenarnya dari objek-objek tersebut, serta sumber yang memberi cahaya masif pada objek-objek tersebut.

Para peneliti kemudian menggunakan data baru untuk memberikan gambaran yang lebih jelas tentang seperti apa galaksi itu dan apa yang ada di dalamnya. Tim tidak hanya mengkonfirmasi bahwa galaksi-galaksi ini sebenarnya adalah galaksi-galaksi yang mendekati permulaan waktu, tetapi mereka juga menemukan bukti adanya lubang hitam yang sangat besar dan populasi bintang-bintang yang sangat kuno.

“Ini sangat membingungkan,” kata Joel Lyga, asisten profesor astronomi dan astrofisika di Penn State dan salah satu penulis kedua makalah tersebut. “Anda dapat membuat hal ini sesuai dengan model alam semesta kita saat ini, tetapi hanya jika kita membayangkannya formasi yang sangat cepat dan aneh di awal Waktu. Tidak diragukan lagi, ini adalah kumpulan objek paling tidak biasa dan menarik yang pernah saya lihat dalam karier saya.”

Teleskop James Webb dirancang untuk mengamati fenomena yang terjadi segera setelah Big Bang, menggunakan kemampuan inframerah canggihnya untuk mengintip melalui debu kosmik dan mendeteksi struktur tersembunyi di luar angkasa. Hak Cipta: Northrop Grumman

Rahasia struktur galaksi kuno

Teleskop James Webb dilengkapi dengan sensor inframerah yang mampu mendeteksi cahaya yang dipancarkan bintang dan galaksi tertua. Lega mengatakan teleskop ini memungkinkan para ilmuwan untuk melihat apa yang terjadi di masa lalu sekitar 13,5 miliar tahun yang lalu, yaitu mendekati awal mula alam semesta yang kita kenal.

Salah satu tantangan dalam menganalisis cahaya kuno adalah sulitnya membedakan jenis objek yang mungkin mengeluarkan cahaya. Dalam kasus objek-objek awal ini, mereka memiliki karakteristik yang jelas dari lubang hitam masif dan bintang-bintang purba. Namun, Wang menjelaskan, belum jelas berapa banyak cahaya yang diamati berasal dari masing-masing galaksi. Artinya, galaksi-galaksi tersebut mungkin merupakan galaksi awal kuno yang jauh lebih masif daripada Bima Sakti, dan terbentuk jauh lebih awal dari perkiraan model menjadi galaksi bermassa lebih normal dengan lubang hitam “super masif”, sekitar 100 hingga 1.000 kali lebih besar dari galaksi saat ini.

“Membedakan antara cahaya yang dipancarkan oleh materi yang jatuh ke dalam lubang hitam dan cahaya yang dipancarkan oleh bintang-bintang pada objek kecil dan jauh ini sangatlah sulit,” kata Wang. “Tidak dapat membedakannya dalam kumpulan data saat ini menyisakan banyak ruang untuk itu interpretasi terhadap objek-objek menarik ini. Sejujurnya, “Sangat menarik bahwa masih banyak misteri yang belum terpecahkan.”

Selain massa dan usianya yang tidak dapat dijelaskan, jika sebagian cahaya memang berasal dari lubang hitam supermasif, maka lubang hitam tersebut bukanlah lubang hitam supermasif biasa. Mereka menghasilkan foton ultraviolet jauh lebih banyak dari yang diharapkan, dan objek serupa yang dipelajari dengan instrumen lain tidak memiliki ciri-ciri lubang hitam supermasif, seperti debu panas dan emisi sinar-X yang terang. Namun mungkin yang paling mengejutkan, kata para peneliti, adalah seberapa besar ukurannya.

“Lubang hitam supermasif biasanya diasosiasikan dengan galaksi,” kata Lyja. “Mereka tumbuh bersama dan menjalani semua pengalaman hidup yang penting bersama-sama. Namun di sini, kita memiliki lubang hitam dewasa yang hidup di dalam galaksi bayi tidak terlalu masuk akal, karena hal-hal ini “Anda harus tumbuh bersama, atau setidaknya itulah yang kami pikirkan.”

Para peneliti juga dibuat bingung dengan ukuran sistem ini yang sangat kecil, yang diameternya hanya beberapa ratus tahun cahaya, hampir seribu kali lebih kecil dari Galaksi Bima Sakti kita. Jumlah bintang di sistem ini kira-kira sama dengan jumlah bintang di Galaksi Bima Sakti kita – jumlah bintang di sistem ini berkisar antara sepuluh miliar hingga satu triliun bintang – namun jumlahnya terbatas pada volume sekitar seribu kali lebih kecil. daripada Galaksi Bima Sakti.

Leija menjelaskan, jika kita mengambil Bima Sakti dan mengompresinya menjadi seukuran galaksi yang kita temukan, bintang terdekat kira-kira berada di tata surya kita. Adapun lubang hitam supermasif di pusat Galaksi Bima Sakti yang berjarak sekitar 26.000 tahun cahaya, hanya berjarak sekitar 26 tahun cahaya dari Bumi, dan akan terlihat di langit sebagai kolom cahaya raksasa. .

“Galaksi awal ini penuh dengan bintang – bintang yang pasti terbentuk dengan cara yang belum pernah kita lihat sebelumnya, dalam kondisi yang tidak pernah kita duga selama periode yang tidak pernah kita duga akan melihatnya,” kata Lyja. Entah kenapa, alam semesta berhenti menghasilkan hal seperti ini hanya dalam beberapa miliar tahun. “Ini unik di alam semesta awal.”

Para peneliti berharap dapat menindaklanjuti observasi lebih lanjut, yang menurut mereka dapat membantu menjelaskan beberapa misteri objek tersebut. Mereka berencana untuk mengambil spektrum yang lebih dalam dengan mengarahkan teleskop ke objek dalam jangka waktu yang lama, yang akan membantu mengurai emisi dari bintang dan kemungkinan lubang hitam supermasif dengan mengidentifikasi tanda serapan spesifik yang mungkin ada di masing-masing objek.

“Ada cara lain untuk membuat terobosan, dan ini adalah ide yang tepat,” kata Lega. “Kita mempunyai semua potongan teka-teki ini dan semua itu hanya bisa dipecahkan jika kita mengabaikan fakta bahwa beberapa di antaranya mungkin akan pecah masyarakat.”

Referensi: “RUBI: Gugus bintang dengan sejarah pembentukan yang diperluas pada z ∼ 7–8 telah berevolusi menjadi calon galaksi masif yang diidentifikasi menggunakan JWST/NIRSpec” oleh Bingjie Wang, 冰洁王, Joel Leja, Anna de Graaff, Gabriel B. Brammer, Andrea Weibel, Pieter van Dokkum, Josephine F.W. Baggen, Katherine A. Suess, Jenny E. Greene, Rachel Bezanson, Nikko J. Cleri, Michaela Hirschmann, Ivo Labbé, Jorryt Matthee, Ian McConachie, Rohan P. Naidu, Erica Nelson, Pascal A .Oesch, David J. Setton dan Christina C. Williams, 26 Juni 2024, Surat Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad55f7

Wang dan Lija menerima dana dari Program Pengamat Publik NASA. Penelitian ini juga didukung oleh International Space Science Institute di Bern. Pekerjaan ini sebagian didasarkan pada pengamatan yang dilakukan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA, Badan Antariksa Eropa, dan Badan Antariksa Kanada. Perhitungan yang diperlukan untuk penelitian ini dilakukan pada superkomputer Rohr dari Institute for Computing and Data Science di Penn State University.

Rekan penulis penelitian ini termasuk Anna de Graaf dari Institut Astronomi Max Planck di Jerman; Gabriel Brammer dari Cosmic Dawn Center dan Niels Bohr Institute; Andrea Fiebel dan Pascal Ochs dari Universitas Jenewa; dan Nico Cleary, Michaela Hirschmann, Peter van Dokkum dan Rohan Naidu dari Universitas Jenewa. Universitas Yale; Ivo Lappé dari Universitas Stanford; Jorrit Mathie dan Jenny Green dari Universitas PrincetonIan McConachie dan Rachel Bezanson dari Universitas Pittsburgh; Josephine Baggin dari Universitas A&M Texas; Catherine Suss dari Observatorium Soverny di Swiss; David Seaton dari Institut Kavli untuk Penelitian Astrofisika dan Luar Angkasa MIT; Erica Nelson dari Universitas Colorado; dan Christina Williams dari Laboratorium Penelitian Astronomi Optik Inframerah Nasional Yayasan Sains Nasional AS dan Universitas Arizona.