Galaksi terjauh kedua ditemukan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb

Galaksi terjauh kedua dan keempat yang pernah ditemukan ditemukan di wilayah luar angkasa yang dikenal sebagai Cluster Pandora, atau Abell 2744, menggunakan data dari James Webb Space Telescope (JWST) milik NASA.

Dalam gambar lapangan lanjutan di wilayah tersebut, tim internasional yang dipimpin oleh peneliti Penn State mengkonfirmasi jarak galaksi-galaksi kuno ini dan menyimpulkan sifat-sifatnya menggunakan data spektroskopi baru – informasi tentang cahaya yang dipancarkan melintasi spektrum elektromagnetik – dari James Webb Space Teleskop. Sekitar 33 miliar tahun cahaya jauhnya, galaksi-galaksi yang sangat jauh ini memberikan gambaran tentang bagaimana galaksi pertama terbentuk.

Tidak seperti galaksi lain yang dikonfirmasi pada jarak ini, yang muncul dalam gambar sebagai titik merah, galaksi baru ini lebih besar dan tampak seperti kacang dan bola berbulu, menurut para peneliti. A Makalah yang menjelaskan galaksi Muncul di majalah Surat Jurnal Astrofisika.

“Sangat sedikit yang diketahui tentang alam semesta awal, dan satu-satunya cara untuk mempelajari masa itu dan menguji teori kita tentang pembentukan galaksi dan pertumbuhan awal adalah melalui galaksi yang sangat jauh ini,” kata penulis pertama Bingyi Wang, seorang peneliti pascadoktoral di Penn State. Eberly College of Science dan anggota JWST terungkap (Pengamatan Ultradeep NIRSpec dan NIRCam sebelum Era Reionisasi) Tim yang melakukan penelitian.

“Sebelum analisis kami, kami hanya mengetahui tiga galaksi yang dikonfirmasi berada pada jarak ekstrem ini. Mempelajari galaksi-galaksi baru ini dan sifat-sifatnya telah mengungkap keragaman galaksi di alam semesta awal dan seberapa banyak yang dapat kita pelajari dari galaksi-galaksi tersebut.”

Karena cahaya dari galaksi-galaksi ini harus menempuh perjalanan jauh untuk mencapai Bumi, hal ini memberikan sebuah jendela ke masa lalu. Tim peneliti memperkirakan bahwa cahaya yang ditemukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb dipancarkan dari dua galaksi tersebut ketika alam semesta berusia sekitar 330 juta tahun, dan menempuh perjalanan sekitar 13,4 miliar tahun cahaya untuk mencapai Teleskop Luar Angkasa James Webb. Namun para peneliti mengatakan bahwa galaksi-galaksi tersebut saat ini berada lebih dekat dengan 33 miliar tahun cahaya dari Bumi karena perluasan alam semesta selama periode tersebut.

“Cahaya dari galaksi-galaksi ini kuno, sekitar tiga kali lebih tua dari Bumi,” kata Joel Lyja, asisten profesor astronomi dan astrofisika di Penn State dan anggota UNCOVER. “Galaksi-galaksi awal ini seperti mercusuar, cahaya yang menerobos gas hidrogen yang sangat tipis yang membentuk alam semesta awal. Hanya melalui cahaya mereka kita dapat mulai memahami fisika aneh yang mengatur galaksi menjelang fajar kosmik.”

Perlu dicatat bahwa kedua galaksi tersebut jauh lebih besar daripada tiga galaksi yang ada sebelumnya pada jarak yang sangat jauh tersebut. Salah satunya berukuran setidaknya enam kali lebih besar dan lebarnya sekitar 2.000 tahun cahaya. Sebagai perbandingan, Bima Sakti berukuran sekitar 100.000 tahun cahaya, namun, kata Wang, alam semesta awal dianggap sangat kompak, sehingga mengejutkan bahwa galaksi tersebut bisa sebesar itu.

“Galaksi-galaksi yang sebelumnya ditemukan pada jarak ini adalah sumber titik. Mereka muncul sebagai sebuah titik dalam gambar kami,” kata Wang.

“Tetapi salah satu dari kita tampak memanjang, hampir seperti kacang, dan yang lainnya tampak seperti bola tipis. Tidak jelas apakah perbedaan ukuran ini disebabkan oleh bagaimana bintang-bintang terbentuk atau apa yang terjadi pada bintang-bintang tersebut setelah terbentuk, namun keragaman dalam sifat-sifat galaksi sungguh menarik.” “Galaksi-galaksi awal ini diperkirakan terbentuk dari bahan serupa, namun mereka sudah menunjukkan tanda-tanda sangat berbeda satu sama lain.”

Kedua galaksi tersebut termasuk di antara 60.000 sumber cahaya di gugus Pandora yang ditemukan dalam salah satu gambar deep-field pertama yang diambil oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb pada tahun 2022, tahun pertama operasi sains. Wilayah ruang angkasa ini dipilih karena terletak di belakang banyak gugus galaksi yang menciptakan efek pembesaran alami yang disebut pelensaan gravitasi.

Gaya gravitasi dari gabungan massa cluster mendistorsi ruang di sekitarnya, memfokuskan dan memperkuat cahaya apa pun yang lewat di dekatnya dan memberikan pandangan yang lebih besar ke belakang cluster.

Dalam beberapa bulan, tim UNCOVER mempersempit 60.000 sumber cahaya menjadi 700 kandidat untuk studi lanjutan, delapan di antaranya mereka yakini merupakan galaksi pertama. Kemudian, Teleskop Luar Angkasa James Webb kembali menunjuk ke gugus Pandora, merekam spektrum kandidat, semacam sidik jari yang merinci jumlah cahaya yang dipancarkan pada setiap panjang gelombang.

“Beberapa tim berbeda menggunakan metode berbeda untuk mencari galaksi kuno ini, masing-masing memiliki kekuatan dan kelemahannya sendiri,” kata Leija.

“Fakta bahwa kami mengarahkan kaca pembesar raksasa ini ke luar angkasa memberi kami sebuah jendela yang sangat dalam, namun jendelanya sangat kecil, jadi kami melempar dadu. Banyak kandidat yang tidak meyakinkan, dan setidaknya satu kasus adalah kasus ‘identitas yang salah’ — itu adalah sesuatu yang jauh lebih dekat dan meniru galaksi yang jauh. Tapi kami beruntung, dan dua di antaranya ternyata adalah galaksi kuno. “Sulit dipercaya.”

Para peneliti juga menggunakan model terperinci untuk menyimpulkan sifat-sifat galaksi awal ini ketika mereka memancarkan cahaya yang terdeteksi oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb. Seperti yang diperkirakan para peneliti, kedua galaksi tersebut masih muda, memiliki sedikit logam dalam komposisinya, berkembang pesat, dan aktif membentuk bintang.

“Unsur pertama terbentuk di inti bintang awal melalui proses fusi,” kata Lyga. “Masuk akal bahwa galaksi-galaksi awal ini tidak mengandung unsur-unsur berat seperti logam karena mereka termasuk pabrik pertama yang membuat unsur-unsur berat tersebut. Tentu saja, galaksi-galaksi tersebut pasti masih muda dan membentuk bintang-bintang untuk menjadi galaksi pertama, tetapi mengkonfirmasi hal ini properti adalah ujian mendasar yang penting untuk model kami dan membantu mengkonfirmasi model tersebut.” Teori Big Bang yang lengkap.

Dikombinasikan dengan pelensaan gravitasi, instrumen inframerah James Webb Space Telescope yang kuat seharusnya mampu mendeteksi galaksi pada jarak yang lebih jauh, jika memang ada, kata para peneliti.

“Kami memiliki jendela yang sangat kecil ke wilayah ini, dan kami tidak mengamati apa pun di luar kedua galaksi ini, meskipun Teleskop Luar Angkasa James Webb memiliki kemampuan tersebut,” kata Leja. “Ini bisa berarti galaksi belum terbentuk sebelum itu dan kita tidak akan menemukan apa pun di jarak jauh. Atau bisa juga berarti kita tidak cukup beruntung dengan jendela kecil kita.”

Pekerjaan ini adalah hasil dari proposal yang berhasil diajukan ke NASA yang mengusulkan bagaimana Teleskop Luar Angkasa James Webb dapat digunakan selama tahun pertama operasi sainsnya. Dalam tiga putaran pertama pengajuan, NASA menerima proposal empat hingga sepuluh kali lebih banyak daripada waktu pengamatan yang tersedia melalui teleskop, dan hanya harus memilih sebagian dari proposal tersebut.

“Tim kami sangat bersemangat dan sedikit terkejut ketika proposal kami diterima,” kata Leija. “Ini melibatkan koordinasi, tindakan manusia yang cepat, dan mengarahkan teleskop ke objek yang sama dua kali, yang merupakan tuntutan besar bagi teleskop di tahun pertamanya. Ada banyak tekanan karena kami hanya punya waktu beberapa bulan untuk memutuskan objek mana untuk mengamati.” “Tetapi Teleskop Luar Angkasa James Webb diciptakan untuk menemukan galaksi-galaksi pertama ini, dan sangat menarik untuk melakukannya sekarang.”

Selain Penn State, tim tersebut juga terdiri dari peneliti dari University of Texas di Austin, Swinburne University of Technology di Australia, Ben Gurion University of the Negev di Israel, Yale University, University of Pittsburgh, Sorbonne University di Perancis, dan Yale. Universitas. Kopenhagen di Denmark, Universitas Jenewa di Swiss, Universitas Massachusetts, Universitas Groningen di Belanda, Universitas Princeton, Universitas Waseda di Jepang, Universitas Tufts, dan Laboratorium Nasional Astronomi Optik dan Inframerah (NOIR).