Berawal dari Kondisi Gelap, Studi Ungkap Asal Usul Cahaya Pertama di Alam Semesta

MENGGUNAKAN Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), para ilmuwan berhasil menyingkap peran utama galaksi bermassa rendah dalam proses reionisasi awal semesta. Temuan ini mengusik teori evolusi kosmik yang sudah ada sebelumnya.

Tim peneliti yang memanfaatkan data JWST untuk pertama kalinya mampu mendapatkan spektrum penuh dari beberapa cahaya bintang paling awal di alam semesta. Pandangan ini lebih jelas terhadap galaksi-galaksi kecil yang terbentuk dalam rentang waktu kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang, memperkuat gagasan galaksi-galaksi ini merupakan inti dari asal mula kosmik kita.

Dalam sebuah studi yang diterbitkan tim internasional di jurnal Nature, dua astrofisikawan dari Penn State ikut berkontribusi dalam temuan spektrum yang mengungkap pancaran cahaya pertama dari periode reionisasi, yaitu masa ketika bintang dan galaksi pertama mulai menerangi alam semesta.

Baca juga : Berawal dari Kondisi Gelap, Studi Ungkap Asal Usul Cahaya Pertama di Alam Semesta

Awalnya, materi di alam semesta berada dalam bentuk kabut padat dan panas yang terdiri dari inti hidrogen dan helium. Seiring alam semesta berkembang dan suhunya menurun, proton dan elektron bergabung, membentuk hidrogen netral untuk pertama kalinya.

Kemudian, sekitar 500 hingga 900 juta tahun pasca-Big Bang, hidrogen netral ini mulai terpecah lagi menjadi gas terionisasi, memicu kelahiran bintang dan galaksi yang pada akhirnya mengusir kabut purba tersebut, memungkinkan cahaya menyebar tanpa hambatan di kosmos untuk pertama kalinya.

"Sesuatu menyala dan mulai memompa foton berenergi sangat tinggi ke dalam ruang hampa antargalaksi, objek-objek ini, seperti mercusuar kosmik, berhasil ‘membakar’ kabut hidrogen netral. Apa pun sumber energinya, dampaknya sangat besar dan konsisten, sehingga seluruh alam semesta akhirnya terionisasi kembali." ujar Leja Joel Leja, seorang asisten profesor astronomi dan astrofisika dari Penn State. 

Baca juga : Teleskop Webb Ungkap Pertumbuhan Cepat Lubang Hitam Purba yang sedang Melahap Galaksinya

Dengan mempelajari spektrum galaksi bermassa rendah, ilmuwan menemukan bahwa galaksi kecil mungkin adalah kandidat utama yang "menyalakan" proses reionisasi. Dengan memanaskan gas padat primordial di sekitarnya dan mengionisasi hidrogen yang semula netral.

"Bintang-bintang energik di dalam galaksi-galaksi kecil inilah yang bertindak sebagai penerang," ungkap Leja.

Sebagian besar galaksi di awal alam semesta diyakini berukuran relatif kecil, sehingga untuk mengamati frekuensi dan karakteristiknya bukanlah hal yang mudah. Berkat kemampuan canggih JWST yang didukung efek lensa gravitasi dari gugus Abell 2744 yang memperbesar cahaya dari galaksi-galaksi jauh — para ilmuwan kini dapat memperkirakan jumlah galaksi kecil serta sifat-sifat pengionnya dalam miliaran tahun pertama sejarah kosmos.

Baca juga : Boötes Void: Misteri Kekosongan Alam Semesta yang Menghantui

Hakim Atek, astrofisikawan dari Universitas Sorbonne menemukan bahwa selama periode reionisasi ini, galaksi kecil jumlahnya seratus kali lebih banyak daripada galaksi besar

"Hasil pengamatan ini juga menunjukkan bahwa galaksi-galaksi kecil tersebut menghasilkan jumlah foton pengion yang sangat besar, melebihi empat kali nilai yang biasa diasumsikan bagi galaksi-galaksi jauh. Artinya, fluks foton pengion yang dipancarkan oleh galaksi ini jauh melampaui batas yang dibutuhkan untuk reionisasi," sambungnya dikutip dari laman Scitech Daily pada rabu (13/11).

Selain itu, dalam proyek survei UNCOVER, tim dari Penn State memimpin pemodelan gugus galaksi yang dapat memperbesar galaksi yang lebih kecil dan jauh di belakangnya. Para peneliti menganalisis setiap titik cahaya dalam survei ini untuk menentukan sifat-sifatnya, massa, dan jaraknya. Hasil analisis ini digunakan untuk memandu pengamatan JWST lebih lanjut yang mendukung penemuan penting ini.

Baca juga : Teleskop James Webb dan Hubble Temukan "Mata Berdarah" dari Pasangan Galaksi Menyeramkan untuk Halloween

Sebelum penelitian ini, sejumlah hipotesis telah diajukan untuk menjelaskan sumber energi dalam proses reionisasi, seperti lubang hitam supermasif. Hipotesis lain yaitu galaksi besar dengan massa lebih dari satu miliar kali massa matahari, serta galaksi kecil yang massanya kurang dari satu miliar kali massa matahari. 

Namun, bukti galaksi bermassa rendah memainkan peran sentral dalam reionisasi masih sulit didapat karena luminositasnya yang rendah. Temuan baru ini memberikan bukti paling jelas bahwa galaksi bermassa rendah memang berperan besar dalam proses ini.

Ini adalah bukti terbaik sejauh ini untuk gaya di balik reionisasi, tetapi masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Para peneliti mengamati satu bidang kecil langit; mereka perlu memastikan bahwa sampel mereka bukan sekadar gugusan galaksi kerdil yang tidak normal, tetapi merupakan sampel representatif dari seluruh populasi di fajar kosmik. (Scitech Daily/Science Alert/Z-3)