Galaksi terkecil dan paling redup di alam semesta kuno terlihat

Dua teleskop luar angkasa NASA yang paling kuat telah bekerja sama untuk memberikan pencerahan baru tentang sejarah awal alam semesta.

Teleskop Luar Angkasa Hubble menggunakan lensa zoom alami untuk menangkap hampir 60 galaksi terkecil dan paling redup yang pernah diamati di alam semesta jauh. Dalam studi terpisah, observasi yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa Spitzer membantu para peneliti menentukan massa empat galaksi awal paling terang setelah Hubble mendeteksinya.

Kedua hasil tersebut dapat ditindaklanjuti dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA, sebuah observatorium senilai $8,8 miliar yang diperkirakan akan diluncurkan pada akhir tahun 2018, kata para pejabat. (Teleskop Luar Angkasa James Webb (video))

Lihat yang sebelumnya tidak terlihat
Deep Exposure oleh Hubble menangkap gambar galaksi terkecil, paling redup, dan terbanyak yang pernah dilihat di alam semesta jauh sebagai bagian dari survei tiga tahun yang dikenal sebagai Frontier Fields.

Dengan menggunakan sinar ultraviolet untuk mendeteksi daerah pembentuk bintang, teleskop ini mengungkap 58 galaksi kecil dan muda yang muncul lebih dari 10 miliar tahun yang lalu, ketika alam semesta berusia kurang dari 4 miliar tahun. (Ledakan Besar yang menciptakan alam semesta diyakini terjadi sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu.)

(tanda kutip)

Sekitar 100 kali lebih besar dari galaksi yang lebih besar, galaksi-galaksi ini hanya berukuran beberapa ribu tahun cahaya. Meskipun terdapat semburan formasi bintang yang menyinari galaksi tersebut dalam spektrum ultraviolet, galaksi tersebut 100 kali lebih redup dibandingkan galaksi lain yang sebelumnya terdeteksi dalam survei lapangan, kata para peneliti.

Sebagian besar galaksi di alam semesta awal sudah terlalu redup untuk dilihat.

“Selalu ada kekhawatiran bahwa kita hanya menemukan galaksi paling terang di antara galaksi jauh. Galaksi terang hanyalah puncak gunung es,” kata pemimpin studi Brian Siana, dari Universitas California, Riverside, dalam sebuah pernyataan. “Sekarang kami telah menemukan galaksi-galaksi yang ‘tak terlihat’, dan kami sangat yakin bahwa kami sedang melihat sisa gunung es.”

Galaksi redup tetap menjadi misteri sejak lama karena terlalu redup bahkan untuk dilihat Hubble tanpa bantuan. Teleskop luar angkasa harus menggunakan kaca pembesar yang diciptakan oleh penyelarasan gugus galaksi, Abell 1689, yang terletak di antara Bumi dan galaksi redup.

Karena proses yang dikenal sebagai pelensaan gravitasi, gugus besar ini mendistorsi ruang-waktu di sekitarnya, membelokkan dan memperbesar cahaya dari galaksi di belakangnya. Tanpa lensa, banyak galaksi yang tampak hanya sebagai titik cahaya bagi Hubble. (Gugus galaksi besar membengkokkan ruang angkasa, mengungkap apa yang ada di baliknya (video))

“Meskipun galaksi-galaksi ini sangat redup, jumlah mereka yang meningkat berarti mereka bertanggung jawab atas sebagian besar pembentukan bintang selama zaman ini,” kata penulis utama Anahita Alavi, juga di University of California, Riverside, dalam pernyataan yang sama.

Bintang-bintang redup mengisi beberapa entri yang hilang dalam sensus galaksi ketika alam semesta baru berusia sekitar 3,4 miliar tahun, kata para peneliti. Galaksi seperti ini mungkin telah membantu melepaskan elektron dari gas hidrogen yang meresap ke alam semesta sekitar 13 miliar tahun yang lalu dalam proses yang dikenal sebagai reionisasi, menjadikan alam semesta transparan terhadap cahaya dan memungkinkan para astronom modern melakukan observasi.

“Meskipun galaksi dalam sampel kami ada beberapa miliar tahun setelah reionisasi, diasumsikan bahwa galaksi seperti ini, atau mungkin beberapa dari galaksi tersebut, memang memainkan peran utama dalam reionisasi,” kata Siana.

Tim terus mencari galaksi lain yang redup dan jauh dengan menggunakan gugus lain sebagai lensa gravitasi.

Hasilnya dipresentasikan pada 7 Januari di pertemuan ke-223 American Astronomical Society (AAS) di Washington.

Galaksi kuno paling terang
Galaksi paling redup bukanlah satu-satunya yang terwakili pada pertemuan AAS pada hari Selasa. Tim kedua, yang bekerja secara independen dengan Hubble, menampilkan empat galaksi jauh yang lebih terang daripada galaksi tetangganya, yang mereka temukan di salah satu bidang pencitraan mendalam milik dua Observatorium Besar.

Galaksi-galaksi tersebut, yang terlihat oleh para astronom seperti saat alam semesta baru berusia sekitar 500 juta tahun, memiliki kecerahan hingga 20 kali lebih terang dibandingkan galaksi-galaksi kuno yang terlihat sebelumnya.

“Ini terlihat sangat mengecewakan karena ternyata jauh lebih terang dari yang kami perkirakan,” kata Garth Illingworth dari Universitas California, Santa Cruz, dalam sebuah pernyataan. Illingworth adalah bagian dari tim astronom internasional yang mengukur galaksi kuno.

“Kami tiba-tiba melihat galaksi-galaksi besar dan terang berkumpul dengan cepat pada waktu yang sangat dini,” tambah Illingworth. “Itu sungguh tidak terduga.”

Para astronom menemukan galaksi-galaksi tersebut dengan Hubble, yang memungkinkan mereka mengukur ukuran dan laju pembentukan bintang. Studi lanjutan menggunakan Spitzer memberikan perkiraan massa bintang berdasarkan luminositas galaksi.

“Ini adalah pertama kalinya para ilmuwan mampu mengukur massa suatu benda pada jarak yang begitu jauh,” kata Pascal Oesch, yang berada di Universitas California, Santa Cruz selama penelitian tersebut, dalam pernyataan yang sama. “Ini adalah demonstrasi luar biasa dari sinergi antara Hubble dan Spitzer.”

Meskipun ukurannya hanya seperdua puluh dari Bima Sakti, galaksi-galaksi tersebut membentuk bintang hampir 50 kali lebih cepat. Kecepatan yang cepat pembentukan bintang mungkin bertanggung jawab atas kecerahannya yang tidak biasa. Para ilmuwan berpendapat bahwa galaksi terbentuk melalui interaksi dan penggabungan banyak galaksi yang lebih kecil.

Ketika Teleskop Luar Angkasa James Webb diluncurkan, galaksi ini dan galaksi-galaksi terang lainnya yang sedang tumbuh di alam semesta muda akan terlihat, kata para peneliti.

“Massa ekstrim dan tingkat pembentukan bintang sungguh misterius,” kata Rychard Bouwens, dari Universitas Leiden di Belanda, dalam sebuah pernyataan. “Kami sangat ingin memastikannya dengan pengamatan di masa depan menggunakan teleskop kami yang canggih.”