Kita akhirnya mengetahui apa yang membawa cahaya ke dalam kehampaan alam semesta awal yang gelap dan tak berbentuk.
Menurut data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble dan James Webb, asal mula foton yang terbang bebas di awal fajar kosmik adalah galaksi katai kecil yang menyala dan menjadi hidup, membersihkan kabut hidrogen keruh yang memenuhi ruang antargalaksi. A kertas baru tentang penelitian ini diterbitkan pada bulan Februari.
“Penemuan ini mengungkap peran penting yang dimainkan oleh galaksi ultra-redup dalam evolusi awal alam semesta,” kata ahli astrofisika Iryna Chemerynska dari Institut Astrofisika Paris.
“Mereka menghasilkan foton pengion yang mengubah hidrogen netral menjadi plasma terionisasi selama reionisasi kosmik. Hal ini menyoroti pentingnya memahami galaksi bermassa rendah dalam membentuk sejarah alam semesta.”
Di awal Alam Semesta, dalam beberapa menit setelahnya Ledakan Besarruang angkasa dipenuhi dengan kabut plasma terionisasi yang panas dan padat. Sedikit cahaya yang ada tidak akan mampu menembus kabut ini; foton akan menghamburkan elektron bebas yang beredar, sehingga secara efektif membuat alam semesta menjadi gelap.
Saat Alam Semesta mendingin, setelah sekitar 300.000 tahun, proton dan elektron mulai bersatu membentuk gas hidrogen netral (dan sedikit helium).
Sebagian besar panjang gelombang cahaya dapat menembus media netral ini, namun hanya ada sedikit sumber cahaya yang mampu memproduksinya. Namun dari hidrogen dan helium ini, bintang-bintang pertama lahir.
Bintang-bintang pertama tersebut menghasilkan radiasi yang cukup kuat untuk melepaskan elektron dari inti mereka dan mengionisasi ulang gas. Namun, pada titik ini, Alam Semesta telah mengembang sedemikian rupa sehingga gasnya tersebar dan tidak dapat mencegah cahaya bersinar.
Sekitar 1 miliar tahun setelah Big Bang, akhir periode yang dikenal sebagai fajar kosmik, alam semesta sepenuhnya terionisasi. Ta-da! Lampu menyala.
Namun karena ada begitu banyak kesuraman di fajar kosmis, dan karena sangat redup dan jauh melintasi ruang dan waktu, kita kesulitan melihat apa yang ada di sana.
Para ilmuwan berpendapat bahwa sumber-sumber yang bertanggung jawab atas sebagian besar pembukaan lahan tersebut pastilah sangat kuat – sangat besar lubang hitam yang pertambahannya menghasilkan cahaya yang sangat terang, misalnya, dan galaksi-galaksi besar yang sedang dalam proses pembentukan bintang (bintang-bintang bayi menghasilkan banyak sinar UV).
JWST dirancang, sebagian, untuk mengintip fajar kosmik dan mencoba melihat apa yang tersembunyi di dalamnya. Ini sangat sukses, mengungkap segala macam kejutan tentang masa penting dalam pembentukan Alam Semesta kita. Yang mengejutkan, pengamatan teleskop kini menunjukkan bahwa galaksi katai adalah pemain kunci dalam reionisasi.
Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh ahli astrofisika Hakim Atek dari Institut d'Astrophysique de Paris beralih ke data JWST di gugus galaksi bernama Abell 2744, yang didukung oleh data dari Hubble.
Abell 2744 begitu padat sehingga ruang-waktu melengkung di sekitarnya, membentuk lensa kosmik; setiap cahaya jauh yang berjalan menuju kita melalui ruang-waktu menjadi diperbesar. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk melihat galaksi katai kecil di dekat fajar kosmik.
Kemudian, mereka menggunakan JWST untuk mendapatkan spektrum detail dari galaksi-galaksi kecil tersebut. Analisis mereka mengungkapkan bahwa galaksi katai ini bukan hanya merupakan jenis galaksi paling melimpah di alam semesta awal, namun juga jauh lebih terang dari perkiraan.
Faktanya, penelitian tim menunjukkan bahwa jumlah galaksi katai melebihi galaksi besar sebesar 100 berbanding 1, dan keluaran kolektifnya empat kali lipat dari radiasi pengion yang biasanya diasumsikan untuk galaksi yang lebih besar.
“Pembangkit tenaga listrik kosmik ini secara kolektif mengeluarkan energi lebih dari cukup untuk menyelesaikan pekerjaan,” kata Atek.
“Meskipun ukurannya kecil, galaksi-galaksi bermassa rendah ini merupakan penghasil radiasi energik yang produktif, dan kelimpahannya selama periode ini begitu besar sehingga pengaruh kolektifnya dapat mengubah seluruh keadaan alam semesta.”
Ini adalah bukti terbaik mengenai kekuatan di balik reionisasi, namun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Para peneliti mengamati sepetak kecil langit; mereka perlu memastikan bahwa sampel mereka bukan hanya sekelompok galaksi katai yang anomali, namun merupakan sampel yang mewakili seluruh populasi di fajar kosmik.
Mereka bermaksud mempelajari lebih banyak wilayah lensa kosmik di langit untuk mendapatkan sampel populasi galaksi awal yang lebih luas. Namun hanya dengan satu sampel ini, hasilnya sungguh menakjubkan. Para ilmuwan telah mencari jawaban mengenai reionisasi sejak kita mengetahuinya. Kita berada di ambang menghilangkan kabut.
“Kami kini telah memasuki wilayah yang belum dipetakan dengan JWST,” kata ahli astrofisika Themiya Nanayakkara dari Universitas Teknologi Swinburne di Australia.
“Pekerjaan ini membuka lebih banyak pertanyaan menarik yang perlu kita jawab dalam upaya kita memetakan sejarah evolusi awal mula kita.”
Penelitian ini telah dipublikasikan di Alam.
Versi artikel ini pertama kali diterbitkan pada Maret 2024.
Berita Terkait
Mohon maaf, Foto memang tidak relevan. Jika keberatan atau harus diedit baik Artikel maupun foto Silahkan Klik Laporkan. Terima Kasih
