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 usul foton yang terbang bebas di awal fajar kosmik adalah galaksi katai kecil yang menyala dan membersihkan kabut hidrogen keruh yang memenuhi ruang antargalaksi.
“Penemuan ini mengungkapkan peran mendasar yang dimainkan oleh galaksi ultra-redup dalam awal evolusi alam semesta,” kata astrofisikawan Iryna Chemerynska dari Institut d’Astrophysique de 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.”
Pada awal mula alam semesta, dalam beberapa menit setelah Big Bang, ruang angkasa dipenuhi dengan kabut plasma terionisasi yang panas dan padat. Cahaya kecil tidak akan mampu menembus kabut ini; foton hanya akan menghamburkan elektron bebas yang beredar, sehingga secara efektif menggelapkan alam semesta.
Ketika alam semesta mendingin, setelah sekitar 300.000 tahun, proton dan elektron mulai bergabung membentuk gas hidrogen netral (dan beberapa helium). Sebagian besar panjang gelombang cahaya dapat menembus media netral ini, namun hanya ada sedikit sumber cahaya yang dapat memproduksinya. Tapi dari hidrogen dan helium inilah bintang pertama lahir.
Bintang-bintang pertama ini memancarkan radiasi yang cukup kuat untuk melepaskan elektron dari intinya dan mengionisasi ulang gas. Namun, pada titik ini alam semesta telah mengembang sedemikian rupa sehingga gasnya tersebar dan tidak dapat mencegah cahaya bersinar keluar. Sekitar 1 miliar tahun setelah Big Bang, pada akhir periode yang dikenal sebagai Fajar Kosmik, alam semesta terionisasi sepenuhnya. Da-da! Lampu menyala.
Namun karena ada begitu banyak kegelapan di fajar kosmis, dan karena sangat gelap serta jauh melintasi ruang dan waktu, kita kesulitan melihat apa yang ada di sana. Para ilmuwan berpendapat bahwa sumber yang bertanggung jawab atas sebagian besar pertikaian ini pastilah sangat kuat—lubang hitam raksasa yang pertambahannya menghasilkan cahaya 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 mencari tahu apa yang ada di dalamnya. Itu sangat sukses dan mengungkapkan segala macam kejutan tentang periode penting dalam pembentukan alam semesta kita. Pengamatan teleskop kini secara mengejutkan menunjukkan bahwa galaksi katai adalah pemain kunci dalam reionisasi.
Gambar lapangan dalam JWST, menunjukkan beberapa sumber yang telah diidentifikasi oleh para peneliti sebagai pendorong reionisasi. (Hakim Atek/Universitas Sorbonne/JWST)
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 melingkarinya, membentuk lensa kosmik; setiap cahaya jauh yang bergerak menuju kita melalui ruang-waktu ini akan diperbesar. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk melihat galaksi katai kecil di dekat fajar kosmik.
Mereka kemudian menggunakan JWST untuk mendapatkan spektrum detail dari galaksi-galaksi kecil tersebut. Analisis mereka mengungkapkan bahwa galaksi katai ini bukan hanya jenis galaksi yang paling melimpah di alam semesta awal, namun juga jauh lebih terang dari yang diperkirakan. Faktanya, penelitian tim menunjukkan bahwa jumlah galaksi katai melebihi galaksi besar sebesar 100 berbanding 1, dan keluaran gabungannya empat kali lipat dari radiasi pengion yang biasanya diasumsikan untuk galaksi yang lebih besar.
“Bersama-sama, pembangkit listrik luar angkasa ini mengeluarkan energi lebih dari cukup untuk menyelesaikan pekerjaan,” kata Atek. Meskipun ukurannya kecil, galaksi bermassa rendah ini merupakan penghasil radiasi energik yang produktif, dan kelimpahannya selama periode ini sangat signifikan sehingga pengaruh gabungannya 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 sampel yang mewakili seluruh populasi fajar kosmik.
Mereka bermaksud mempelajari lebih banyak wilayah pelensaan 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 atas reionisasi selama kita mengetahuinya. Kita hampir saja menghilangkan kabut.
“Kami kini telah memasuki wilayah yang belum dipetakan dengan JWST,” kata astrofisikawan Themiya Nanayakkara dari Swinburne University of Technology di Australia.
“Pekerjaan ini membuka pertanyaan yang lebih menarik untuk dijawab dalam upaya kita memetakan sejarah evolusi asal usul kita.”
Penelitian ini dipublikasikan di Alam.
+ There are no comments
Add yours