Penemuan tiga ‘monster merah’ galaksi di alam semesta awal menantang model pembentukan galaksi saat ini

Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Universitas Jenewa (UNIGE) telah mengidentifikasi tiga galaksi ultramasif (hampir sebesar Bima Sakti) yang sudah ada dalam miliaran tahun pertama setelah Big Bang.

Penemuan mengejutkan ini dimungkinkan oleh program FRESCO dari Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang menggunakan spektograf NIRCam/grism untuk mengukur jarak dan massa bintang galaksi secara tepat. Hasilnya menunjukkan bahwa pembentukan bintang di dalamnya alam semesta awal jauh lebih efisien dari perkiraan sebelumnya, menantang model pembentukan galaksi yang ada. Penelitiannya adalah diterbitkan di dalam Alam.

Dalam model teoritis yang disukai para ilmuwan, galaksi terbentuk secara bertahap dalam lingkaran besar materi gelap. Lingkaran cahaya materi gelap menangkap gas (atom dan molekul) dalam struktur yang terikat secara gravitasi. Biasanya, paling banyak hanya sekitar 20% dari gas ini yang menjadi bintang di galaksi.

Namun, temuan baru menantang pandangan ini. Para peneliti mengungkapkan hal itu galaksi besar di alam semesta awal mungkin jauh lebih efisien dalam membentuk bintang dibandingkan alam semesta selanjutnya, dan berkembang jauh lebih cepat daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Penemuan ‘monster merah’

Kemampuan JWST yang tak tertandingi memungkinkan para astronom mempelajari galaksi-galaksi di alam semesta awal dan sangat jauh secara sistematis, sehingga memberikan wawasan tentang galaksi-galaksi masif yang tertutup debu. Dengan menganalisis galaksi dalam studi FRESCO, para ilmuwan menemukan bahwa sebagian besar sumbernya sesuai dengan model yang ada.

Namun, mereka juga menemukan tiga galaksi yang sangat besar, dengan massa bintang yang sebanding dengan Bima Sakti saat ini. Ini membentuk bintang hampir dua kali lebih efisien dibandingkan galaksi dan galaksi bermassa rendah di kemudian hari. Karena kandungan debunya yang tinggi, yang membuat mereka tampak merah pada gambar JWST, mereka diberi nama ketiganya “monster merah”

“Temuan kami membentuk kembali pemahaman kita tentang pembentukan galaksi di awal alam semesta.” Mengyuan Xiao, penulis utama studi baru ini dan peneliti pascadoktoral di Departemen Astronomi, Fakultas Sains UNIGE, mengatakan.

“Sifat-sifat yang sangat besar ini “monster merah” Mereka baru saja ditentukan sebelum JWST, karena mereka tidak terlihat secara optik karena redaman debu.” kata Dr. David Elbaz, direktur penelitian di CEA Paris-Saclay.

Gambar dan spektrum tiga galaksi ultramasif dengan ϵ > 0,2 pada z ≈ 5–6. Kredit: Alam (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08094-5

Sebuah tonggak sejarah dalam pengamatan galaksi

Tim internasional telah mengembangkan program baru dengan JWST untuk menganalisis secara sistematis sampel lengkap galaksi dengan garis emisi dalam miliar tahun pertama sejarah kosmik. Pendekatan ini memungkinkan tim untuk mencapai perkiraan jarak yang akurat dan pengukuran massa bintang yang dapat diandalkan untuk seluruh sampel galaksi.

“Temuan kami menyoroti kekuatan luar biasa dari spektroskopi NIRCam/grism,” jelas Pascal Oesch, profesor di Departemen Astronomi Fakultas Ilmu Pengetahuan UNIGE, peneliti utama program observasi ini.

“Instrumen di atas kapal teleskop luar angkasa Hal ini memungkinkan kita untuk mengidentifikasi dan mempelajari pertumbuhan galaksi dari waktu ke waktu dan memperoleh gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana massa bintang terakumulasi sepanjang sejarah kosmik.”

Galaksi ‘terlalu banyak dan terlalu masif’ di alam semesta awal

Meskipun temuan ini tidak bertentangan dengan model kosmologis standar, temuan ini menimbulkan pertanyaan baru bagi teori pembentukan galaksi, khususnya pertanyaan tentang “terlalu banyak, terlalu masif” galaksi di alam semesta awal.

Model yang ada saat ini mungkin perlu mempertimbangkan proses unik yang memungkinkan galaksi-galaksi masif awal tertentu mencapai pembentukan bintang yang efisien, sehingga terbentuk dengan sangat cepat, sangat awal di alam semesta. Pengamatan di masa depan dengan JWST dan Atacama Large Millimeter Array (ALMA) akan memberikan lebih banyak informasi tentang monster merah ultramasif ini dan mengungkap sampel yang lebih besar dari sumber tersebut.

“Hasil ini menunjukkan bahwa galaksi di alam semesta awal dapat membentuk bintang dengan efisiensi yang tidak terduga.” pungkas Dr.Xiao. “Saat kita mempelajari galaksi-galaksi ini lebih dalam, galaksi-galaksi ini akan memberikan wawasan baru mengenai kondisi yang membentuk zaman awal alam semesta. Monster merah hanyalah awal dari era baru dalam penjelajahan kita di alam semesta awal.”