Para astronom telah mengkonfirmasi penemuan galaksi kedua yang jauh dari kita

Dan bintang-bintang di dalamnya sudah cukup tua

Dalam foto besar di sebelah kiri, galaksi gugus besar MACS J1149 + 2223 terutama terlihat. Lensa gravitasi dari gugus raksasa meningkatkan cahaya dari galaksi MACS 1149-JD yang baru ditemukan sekitar 15 kali. Kanan atas menunjukkan lebih detail bagian yang diperbesar dari gambar, dan bahkan lebih besar diperbesar di kanan bawah.

Kami memandang ke luar angkasa sejauh yang dimungkinkan oleh teleskop kami, tetapi belum melihat tempat-tempat di mana tidak akan ada bintang dan galaksi. Ada celah besar antara galaksi pertama yang kami temukan, GN-z11 , yang ada ketika alam semesta baru berusia 400 juta tahun, dan sisa iluminasi Dentuman Besar, dipertahankan sejak alam semesta berusia 380.000 tahun. Pasti ada beberapa bintang pertama di antara mereka, tetapi kita tidak memiliki cara untuk melihat secara langsung pada jarak seperti itu. Dan sampai kita memiliki teleskop untuk mereka. James Webb , kami hanya dapat beroperasi dengan bukti tidak langsung.


Mempelajari bagian Alam Semesta yang semakin besar, kita melihat lebih jauh ke ruang angkasa, dan karenanya kembali ke masa lalu. Teleskop James Webb akan memungkinkan kita untuk secara langsung mencapai kedalaman yang tidak dapat ditembus oleh peralatan saat ini

Tetapi di bidang bukti tidak langsung, kami menerima banyak penguatan. Para ilmuwan baru saja mengkonfirmasi penemuan galaksi terpencil kedua, MACS1149-JD1, yang cahayanya datang kepada kita sejak Semesta berusia 530 juta tahun, atau 4% dari usia saat ini. Patut diperhatikan di sini bahwa kami dapat mendeteksi oksigen di dalamnya, dan ini adalah pertama kalinya elemen berat ditemukan di masa lalu yang begitu jauh. Berdasarkan pengamatan kami, kami dapat menyimpulkan bahwa galaksi ini setidaknya berusia 250 juta tahun - dan ini mendorong bukti keberadaan bintang pertama lebih jauh ke belakang.


Diagram skematis tentang sejarah alam semesta, menunjukkan reionisasi. Sebelum pembentukan bintang atau galaksi, Semesta penuh dengan atom netral yang menghalangi cahaya. Sebagian besar alam semesta tidak mengalami reionisasi hingga 550 juta tahun, tetapi beberapa daerah lebih beruntung dan reionisasi jauh lebih awal.

Berdasarkan komposisi Semesta: 68% energi gelap, 27% materi gelap, 4,9% materi normal, 0,1% neutrino, dan ≈ 0,01% radiasi, kita dapat mensimulasikan bagaimana dan kapan bintang harus terbentuk di dalamnya dan galaksi. Karena kita dapat mengukur sifat-sifat awal pada usia 380.000 tahun secara langsung, kita hanya perlu memperhitungkan hukum fisika dan memulai evolusi maju dalam waktu. Simulasi terbaik kami menunjukkan sejarah yang luar biasa dari penampilan web kosmik, yang puncaknya mengarah pada penampilan galaksi dan kelompok mereka, dipisahkan oleh kekosongan kosmik besar di alam semesta yang mengembang dengan percepatan.



Jika hukum fisika adalah apa yang kita anggap seperti itu, maka kita dapat mengharapkan suatu periode - abad - abad gelap - ketika gravitasi menarik materi ke daerah-daerah dengan kepadatan tinggi, tetapi belum runtuh, belum cukup terkompresi untuk membentuk bintang. Bintang-bintang pertama dapat terbentuk dari 50 hingga 200 juta tahun, dan kemudian sejumlah besar bintang akan muncul dalam waktu yang sangat singkat. Gugus bintang terkecil bergabung menjadi yang lebih besar, dan sebagai hasilnya, ke dalam protogalaxie - blok bangunan galaksi yang kita lihat hari ini. Hasilnya, sekitar 550 juta tahun setelah Big Bang, cukup banyak bintang yang terbentuk untuk membersihkan alam semesta dari atom-atom penghalang cahaya netral, dan kita dapat melihat semua ini menggunakan teleskop optik yang cukup kuat.


Gagasan seniman tentang Semesta awal setelah triliunan bintang pertama terbentuk, hidup dan mati. Keberadaan dan siklus hidup bintang adalah proses utama yang memperkaya Semesta dengan unsur-unsur di luar hidrogen dan helium, dan radiasi yang dipancarkan oleh bintang pertama membuatnya transparan terhadap cahaya tampak. Kami belum bisa secara langsung mengamati populasi bintang-bintang pertama

Tetapi kapan bintang-bintang pertama ini menyala? Apa sifat mereka, apa bedanya dengan hari ini? Seberapa cepat mereka terbakar ketika bintang-bintang pertama terbentuk dengan planet berbatu dan bahan-bahan potensial untuk kehidupan? Apakah ada wilayah yang disukai di ruang untuk proses seperti itu?

Sampai sekarang, kita dapat melihat ke belakang hingga 400 juta tahun setelah Big Bang, menggunakan pengamatan terbaik NASA, menemukan galaksi muda yang sudah berkembang. Baru-baru ini, kami dapat secara tidak langsung mengukur tanda bintang tertentu yang terbentuk lebih awal: ketika Semesta berumur 180 hingga 260 juta tahun. Kami pikir kami harus menunggu teleskop James Webb diluncurkan untuk mengkonfirmasi pengukuran ini.


Kegagalan grafik yang signifikan adalah hasil langsung dari studi baru-baru ini oleh Bowman dan rekannya, yang menunjukkan sinyal garis hidrogen 21 cm , yang direkam ketika Semesta berumur 180 hingga 260 juta tahun. Ini sesuai dengan penampilan gelombang pertama bintang dan galaksi di Semesta. Berdasarkan bukti ini, awal dari "fajar kosmik" harus dikaitkan dengan pergeseran merah ≈ 22.

Tetapi studi baru 16 Mei 2018, yang diterbitkan di Nature, mungkin berisi bukti yang diperlukan bahwa bintang benar-benar ada pada masa-masa awal itu. Ada banyak kandidat, galaksi ultra jauh - dengan warna inframerah atau bahkan inframerah, berbicara tentang keterpencilan ekstrim mereka. Tetapi sebelum mengkonfirmasi jarak ini, ada kemungkinan bahwa ini hanya quasag . Minggu ini, salah satu kandidat untuk galaksi paling awal benar-benar berubah menjadi quasag ; ini cukup sering terjadi dan menekankan bahwa kita perlu konfirmasi.


Gugus galaksi MACS J1149.5 + 223 dengan ukuran yang mengesankan, yang cahayanya telah berlangsung selama 5 miliar tahun, adalah tujuan dari salah satu program Hubble Frontier Fields (bidang perbatasan). Objek besar ini mengalami pelapisan gravitasi cahaya dari objek yang terletak di belakangnya, merentangkan dan memperbesarnya, dan memungkinkan kita untuk melihat pinggiran ruang yang lebih jauh.

Tetapi galaksi MACS1149-JD1 benar-benar berubah menjadi sejauh yang kita pikirkan, dan menjadi galaksi paling terkenal kedua dari kejauhan. Dan di dalamnya kami tidak hanya menemukan bahan-bahan bintang pertama, hidrogen dan helium. Ada oksigen, dan meskipun ini adalah unsur ketiga paling melimpah di Semesta, itu tidak muncul dalam Big Bang, tetapi hanya setelah kehidupan dan kematian generasi pertama bintang.


Sisa-sisa supernova (kiri) dan nebula planet (kanan) adalah dua cara bagi bintang-bintang untuk memproses unsur-unsur berat yang terbakar dikeluarkan ke ruang antarbintang dan menghasilkan generasi bintang dan planet berikutnya. Yang pertama, bintang murni seharusnya muncul sebelum supernova, planetary nebula atau fusi bintang neutron mencemari ruang antarbintang dengan unsur-unsur berat. Deteksi oksigen dalam galaksi yang sangat jauh dan kecerahannya memberi tahu kita bahwa ia sudah berusia ratusan juta tahun.

Tanda-tanda keberadaan oksigen yang tidak salah dan kecerahan galaksi yang diamati, serta tanda-tanda hidrogen, yang membantu menentukan jarak secara akurat, diamati berkat kombinasi empat observatorium jarak jauh: ALMA , ESO VLT , Hubble , dan Spitzer . Kecerahan menunjukkan bahwa bintang-bintang di galaksi telah terbentuk cukup lama, karena dibutuhkan waktu untuk mengembangkan bintang untuk mencapai tingkat yang diamati. Ini memungkinkan kita untuk menggambar fajar kosmik untuk galaksi ini, sesuai dengan apa yang kita ketahui: bintang pertama yang membentuk galaksi ini muncul 250 juta tahun setelah Big Bang.


Seluruh sejarah ruang secara teori terkenal, tetapi hanya secara kualitatif. Hanya dengan mengkonfirmasi dan menemukan berbagai tahap masa lalu Alam Semesta kita dengan bantuan pengamatan, misalnya, pembentukan bintang dan galaksi pertama, kita dapat benar-benar memahami alam semesta kita. Big Bang menetapkan batas mendasar pada seberapa jauh kita bisa melihat ke segala arah.

Ini adalah langkah lain menuju kedalaman kosmik yang sampai sekarang tidak diketahui. Kita belum pernah menyaksikan galaksi yang jauh dengan populasi bintang dewasa yang dikonfirmasi. Menurut Richard Ellis , penulis penelitian:

Menentukan waktu dimulainya fajar kosmik adalah cawan suci kosmologi dan pembentukan galaksi. Dalam kasus MACS1149-JD1, kami dapat menyelidiki cerita di luar apa yang bisa kita lihat dengan peralatan saat ini. Optimisme telah dipulihkan bahwa kita semakin dekat dan dekat dengan pengamatan langsung tentang asal usul cahaya bintang. Karena kita semua terdiri dari bahan bintang daur ulang, kita berbicara tentang menemukan sumber asli kita.


Bintang dan galaksi pertama Semesta dikelilingi oleh atom netral, terutama gas hidrogen, yang menyerap cahaya bintang. Kita belum dapat mengamati bintang-bintang pertama ini secara langsung, tetapi kita dapat mengamati apa yang terjadi setelah periode evolusi kosmik tertentu, yang memungkinkan kita untuk berasumsi ketika sejumlah besar bintang terbentuk.

Untuk pertama kalinya, kita dapat dengan sukses mengasumsikan bahwa galaksi ada ratusan juta tahun lebih awal daripada yang dapat kita lihat secara langsung. Kami lebih dekat dari sebelumnya ke jawaban atas pertanyaan kapan bintang-bintang dan galaksi pertama muncul dari kegelapan Alam Semesta awal. Dan ketika teleskop James Webb akan diluncurkan pada tahun 2020, kita akan tahu persis apa yang diharapkan ketika mencari jawaban untuk salah satu pertanyaan terbesar tentang ruang.