Kita akhirnya tahu apa yang menyalakan lampu di awal waktu: ScienceAlert

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 dengan kehidupan, membersihkan kabut hidrogen misterius yang memenuhi ruang antargalaksi.

“Penemuan ini mengungkapkan peran penting yang dimainkan oleh galaksi yang sangat redup dalam evolusi alam semesta awal.” kata ahli astrofisika Irina Chemerinska Dari Institut Astrofisika di 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 kabut plasma terionisasi yang panas dan padat. Sedikit cahaya yang ada tidak akan mampu menembus kabut ini; Sederhananya, foton akan tersebar dari 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 dapat memproduksinya. Tapi bintang pertama lahir dari hidrogen dan helium.

Bintang-bintang pertama tersebut menghasilkan radiasi yang cukup kuat untuk mengusir elektron dari intinya dan mengionisasi ulang gas. Namun, pada titik ini, alam semesta telah mengembang sedemikian rupa sehingga gas tersebar dan tidak dapat menghalangi cahaya untuk bersinar. Sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang, akhir periode yang dikenal sebagai fajar kosmik, alam semesta mengalami reionisasi sepenuhnya. Ta-da! Lampu menyala.

Namun karena ada begitu banyak kegelapan di fajar kosmis, dan karena begitu samar dan jauhnya melintasi ruang dan waktu, kita mengalami kesulitan untuk melihat apa yang ada di sana. Para ilmuwan berpendapat bahwa sumber yang bertanggung jawab atas sebagian besar kekosongan ini pasti sangat kuat—lubang hitam masif yang pertambahannya menghasilkan cahaya yang bersinar, misalnya, dan galaksi masif di tengah pembentukan bintang (bintang kecil menghasilkan banyak sinar ultraviolet).

Teleskop Luar Angkasa James Webb dirancang untuk mengintip fajar kosmik dan mencoba melihat apa yang ada di sana. Penelitian ini sangat sukses, mengungkap segala macam kejutan tentang masa krusial dalam pembentukan alam semesta kita. Yang mengejutkan, pengamatan teleskop kini menunjukkan bahwa galaksi katai adalah pemain utama dalam reionisasi.

Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh astrofisikawan Hakim Atiq dari Institut Astrofisika di Paris beralih ke data Teleskop Luar Angkasa James Webb tentang gugus galaksi bernama Abell 2744, yang dilengkapi dengan data dari Hubble. Abell 2744 begitu padat sehingga ruangwaktu membungkusnya, membentuk lensa kosmik; Setiap cahaya jauh yang bergerak menuju kita melalui ruang-waktu menjadi diperbesar. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk melihat galaksi katai kecil di dekat fajar kosmik.

Mereka kemudian menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb 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 100 berbanding satu, dan keluaran kolektif mereka empat kali lipat dari radiasi pengion yang biasanya diasumsikan untuk galaksi yang lebih masif.

“Jika digabungkan, kekuatan kosmik ini memancarkan energi yang cukup untuk menyelesaikan pekerjaan.” kata Atik. “Meskipun ukurannya kecil, galaksi-galaksi bermassa rendah ini menghasilkan radiasi energik yang melimpah, dan kelimpahannya selama periode ini begitu besar sehingga dampak 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 kumpulan galaksi katai yang anomali, namun sampel yang mewakili seluruh populasi pada fajar kosmik.

Mereka bermaksud mempelajari lebih banyak wilayah lensa kosmik di langit untuk mendapatkan sampel cluster galaksi awal yang lebih luas. Namun pada sampel ini saja, hasilnya sangat dramatis. Para ilmuwan telah mencari jawaban tentang reionisasi selama kita mengetahuinya. Kita akhirnya hampir menghilangkan kabut.

“Kami kini telah memasuki wilayah yang belum dipetakan dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb.” kata ahli astrofisika Thimya 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 dipublikasikan di alam.