Teleskop Subaru yang kuat di Hawaii telah menemui galaksi paling jauh yang pernah dilihat, terletak 12.88 bilion tahun cahaya - ini hanya 780 juta tahun setelah Big Bang. Memerhatikan objek yang jauh ini sangat sukar, bukan hanya kerana jarak yang jauh, tetapi kerana banyak Alam Semesta tersembunyi di balik hidrogen neutral. Bintang kemudian mula membersihkan hidrogen neutral ini, menjadikan Alam Semesta telus.
Ahli astronomi menggunakan teleskop Subaru di Hawai'i telah melihat 60 juta tahun lebih lama dari masa yang lalu daripada para astronom lain, untuk mencari galaksi yang paling terkenal di alam semesta ini. Dengan berbuat demikian, mereka menegakkan catatan Subaru untuk mencari galaksi paling jauh dan paling awal yang diketahui. Penemuan terbaru mereka adalah galaksi bernama I0K-1 yang terletak begitu jauh sehingga para astronom melihatnya seperti yang muncul 12.88 bilion tahun yang lalu.
Penemuan ini, berdasarkan pemerhatian yang dibuat oleh Masanori Iye dari National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Kazuaki Ota dari University of Tokyo, Nobunari Kashikawa dari NAOJ, dan lain-lain menunjukkan bahawa galaksi hanya wujud 780 juta tahun setelah alam semesta ini wujud kira-kira 13.66 bilion tahun yang lalu sebagai sup panas zarah unsur.
Untuk mengesan cahaya dari galaksi ini, para astronom menggunakan kamera Suprime-Cam teleskop Subaru yang dilengkapi dengan penapis khas untuk mencari calon galaksi yang jauh. Mereka menjumpai 41.533 objek, dan dari mereka mengenal pasti dua galaksi calon untuk kajian lebih lanjut menggunakan Kamera dan Spektrograf Objek Faint (FOCAS) di Subaru. Mereka mendapati bahawa IOK-1, yang lebih terang dari keduanya, memiliki pergeseran merah 6.964, mengesahkan jaraknya 12.88 bilion tahun cahaya.
Penemuan ini mencabar ahli astronomi untuk menentukan dengan tepat apa yang berlaku antara 780 dan 840 juta tahun setelah Big Bang. IOK-1 adalah satu daripada hanya dua galaksi dalam kajian baru yang mungkin termasuk dalam zaman yang jauh ini. Memandangkan jumlah galaksi yang telah ditemui dari 840 juta tahun setelah Big Bang, pasukan penyelidik telah menjangkakan sebanyak enam galaksi pada jarak ini. Kekurangan perbandingan objek seperti IOK-1 bermaksud bahawa alam semesta pasti telah berubah selama 60 juta tahun yang memisahkan kedua-dua zaman tersebut.
Tafsiran yang paling menggembirakan dari apa yang berlaku adalah bahawa kita melihat peristiwa yang diketahui oleh ahli astronomi sebagai penyatuan semula alam semesta. Dalam kes ini, 780 juta tahun selepas Big Bang, alam semesta masih memiliki cukup hidrogen neutral untuk menyekat pandangan kita tentang galaksi muda dengan menyerap cahaya yang dihasilkan oleh bintang muda mereka yang panas. Enam puluh juta tahun kemudian, ada bintang muda yang cukup panas untuk mengionkan hidrogen neutral yang tersisa, menjadikan alam semesta telus dan membolehkan kita melihat bintang mereka.
Tafsiran hasil yang lain mengatakan bahawa terdapat lebih sedikit galaksi muda yang besar dan cerah 780 juta tahun selepas Big Bang daripada 60 juta tahun kemudian. Dalam kes ini, sebahagian besar reionisasi akan berlaku lebih awal daripada 12.88 bilion tahun yang lalu.
Tidak kira penafsiran mana yang akhirnya berlaku, penemuan itu memberi isyarat bahawa para astronom sekarang sedang menggali cahaya dari "Zaman Gelap" alam semesta. Ini adalah zaman ketika generasi pertama bintang dan galaksi wujud, dan zaman yang belum dapat diperhatikan oleh para astronom hingga kini.
MAKLUMAT LATAR BELAKANG:
Arkeologi Alam Semesta Awal Menggunakan Penapis Khas
Galaksi yang baru lahir mengandungi bintang dengan pelbagai jisim. Bintang yang lebih berat mempunyai suhu yang lebih tinggi, dan memancarkan sinaran ultraviolet yang memanaskan dan mengionkan gas berdekatan. Semasa gas menyejukkan, ia memancarkan tenaga yang berlebihan sehingga dapat kembali ke keadaan neutral. Dalam proses ini, hidrogen akan selalu memancarkan cahaya pada 121.6 nanometer, yang disebut garis Lyman-alpha. Mana-mana galaksi dengan banyak bintang panas harus bersinar terang pada panjang gelombang ini. Sekiranya bintang terbentuk sekaligus, bintang yang paling terang dapat menghasilkan pelepasan Lyman-alpha selama 10 hingga 100 juta tahun.
Untuk mengkaji galaksi seperti IOK-1 yang ada pada awal masa di alam semesta, para astronom mesti mencari cahaya Lyman-alpha yang terbentang dan dipindahkan ke panjang gelombang yang lebih lama ketika alam semesta berkembang. Walau bagaimanapun, pada panjang gelombang lebih dari 700 nanometer, para astronom harus menangani pelepasan latar depan dari molekul OH di atmosfer Bumi sendiri yang mengganggu pelepasan samar dari objek yang jauh.
Untuk mengesan cahaya samar dari galaksi jauh, pasukan penyelidik telah memerhatikan panjang gelombang di mana atmosfer Bumi tidak banyak bersinar, melalui tingkap pada 711, 816, dan 921 nanometer. Tingkap-tingkap ini sesuai dengan pelepasan Lyman-alpha yang berubah-ubah dari galaksi dengan pergeseran merah masing-masing 4.8, 5.7, dan 6.6. Angka-angka ini menunjukkan betapa kecilnya alam semesta dibandingkan dengan sekarang, dan sesuai dengan 1,26 bilion tahun, 1,01 miliar tahun, dan 840 juta tahun setelah Big Bang. Ini seperti melakukan arkeologi alam semesta awal dengan penapis tertentu yang membolehkan para saintis melihat pelbagai lapisan penggalian.
Untuk mendapatkan hasil baru yang luar biasa, pasukan harus mengembangkan filter yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang hanya sekitar 973 nanometer, yang sesuai dengan pelepasan Lyman alpha pada pergeseran merah 7.0. Panjang gelombang ini berada pada had CCD moden, yang kehilangan kepekaan pada panjang gelombang lebih panjang daripada 1000 nanometer. Penapis jenis ini, yang disebut NB973, menggunakan teknologi lapisan pelbagai lapisan, dan memerlukan masa lebih dari dua tahun untuk dikembangkan. Penapis tidak hanya harus melewati cahaya dengan panjang gelombang sekitar 973 nanometer, tetapi juga harus menutupi seluruh bidang pandangan fokus utama teleskop. Pasukan ini bekerjasama dengan sebuah syarikat, Asahi Spectra Co.Ltd, untuk merancang prototaip penapis untuk digunakan dengan Kamera Faint Object Subaru, dan kemudian menerapkan pengalaman itu untuk membuat penapis untuk Suprime-Cam.
Pemerhatian
Pemerhatian dengan penapis NB973 berlaku pada musim bunga tahun 2005. Setelah lebih dari 15 jam masa pendedahan, data yang diperoleh mencapai magnitud yang membatasi 24.9. Terdapat 41.533 objek dalam gambar ini, tetapi perbandingan dengan gambar yang diambil pada panjang gelombang lain menunjukkan bahawa hanya dua objek yang terang hanya pada gambar NB973. Pasukan ini menyimpulkan bahawa hanya dua objek yang dapat galaksi pada pergeseran merah 7.0. Langkah seterusnya adalah untuk mengesahkan identiti dua objek, IOK-1 dan IOK-2, dan pasukan memerhatikannya dengan Kamera Objek Faint dan Spektrograf (FOCAS) di teleskop Subaru. Setelah 8.5 jam masa pendedahan, pasukan dapat memperoleh spektrum garis pelepasan dari dua objek yang lebih terang, IOK-1. Spektrumnya menunjukkan profil asimetris yang merupakan ciri pelepasan Lyman-alpha dari galaksi yang jauh. Garis pelepasan berpusat pada panjang gelombang 968.2 nanometer (pergeseran merah 6.964), sesuai dengan jarak 12.88 bilion tahun cahaya dan waktu 780 juta tahun setelah Big Bang.
Identiti Galaksi Calon Kedua
Tiga jam masa pemerhatian tidak memberikan hasil yang pasti untuk menentukan sifat IOK-2. Pasukan penyelidik sejak itu memperoleh lebih banyak data yang kini sedang dianalisis. Ada kemungkinan IOK-2 merupakan galaksi yang jauh, atau objek dengan kecerahan berubah-ubah. Contohnya, galaksi dengan supernova atau lubang hitam secara aktif menelan bahan yang kebetulan kelihatan terang semasa pemerhatian menggunakan penapis NB973. (Pemerhatian di saringan lain dibuat satu hingga dua tahun sebelumnya.)
Padang Dalam Subaru
Teleskop Subaru sangat sesuai untuk pencarian galaksi yang paling jauh. Dari semua teleskop kelas 8 hingga 10 meter di dunia, satu-satunya teleskop dengan kemampuan memasang kamera pada fokus utama. Fokus utama, di bahagian atas tiub teleskop, mempunyai kelebihan dari sudut pandang yang luas. Hasilnya, Subaru kini menguasai senarai galaksi yang paling terkenal. Sebilangan besar ini berada di wilayah langit ke arah buruj Coma Berenices yang disebut Subaru Deep Field yang dipilih oleh pasukan penyelidik untuk kajian intensif di banyak panjang gelombang.
Sejarah Awal Alam Semesta dan Pembentukan Galaksi Pertama
Untuk meletakkan pencapaian Subaru ini ke dalam konteks, penting untuk mengkaji apa yang kita ketahui mengenai sejarah alam semesta awal. Alam semesta bermula dengan Big Bang, yang terjadi kira-kira 13,66 miliar tahun yang lalu dalam keadaan huru-hara yang berapi dengan suhu dan tekanan yang melampau. Dalam tiga minit pertama, alam semesta bayi berkembang dengan cepat dan menyejukkan, menghasilkan inti unsur-unsur cahaya seperti hidrogen dan helium tetapi sangat sedikit inti unsur-unsur yang lebih berat. Dalam 380,000 tahun, keadaan menjadi sejuk pada suhu sekitar 3,000 darjah. Pada ketika itu, elektron dan proton dapat bergabung untuk membentuk hidrogen neutral.
Dengan elektron yang kini terikat pada nukleus atom, cahaya dapat bergerak melalui angkasa tanpa tersebar oleh elektron. Kita sebenarnya dapat mengesan cahaya yang meresap alam semesta ketika itu. Namun, kerana waktu dan jarak, ia telah diregangkan oleh faktor 1.000, memenuhi alam semesta dengan radiasi yang kita dapati sebagai gelombang mikro (disebut Latar Gelombang Gelombang Kosmik). Kapal angkasa Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) mengkaji radiasi ini dan datanya memungkinkan para astronom mengira usia alam semesta sekitar 13.66 bilion tahun. Di samping itu, data ini menyiratkan adanya benda-benda seperti bahan gelap dan tenaga gelap yang lebih misterius.
Ahli astronomi berpendapat bahawa selama beberapa ratus juta tahun pertama setelah Big Bang, alam semesta terus menyejuk dan generasi pertama bintang dan galaksi terbentuk di kawasan jurang dan jirim yang paling padat. Zaman ini dikenali sebagai "Zaman Gelap" alam semesta. Belum ada pemerhatian langsung terhadap peristiwa ini, jadi ahli astronomi menggunakan simulasi komputer untuk mengaitkan ramalan teori dan bukti pemerhatian yang ada untuk memahami pembentukan bintang dan galaksi pertama.
Sebaik sahaja bintang-bintang terang dilahirkan, sinaran ultraviolet mereka dapat mengionkan atom hidrogen berdekatan dengan membelahnya kembali menjadi elektron dan proton yang berasingan. Pada suatu ketika, terdapat cukup banyak bintang terang untuk mengionkan hampir semua hidrogen neutral di alam semesta. Proses ini dipanggil penyatuan semula alam semesta. Zaman reionisasi menandakan berakhirnya Zaman Gelap alam semesta. Hari ini sebahagian besar hidrogen di ruang antara galaksi diionisasi.
Menentukan Zaman Reionisasi
Ahli astronomi telah menganggarkan bahawa reionisasi berlaku sekitar 290 hingga 910 juta tahun setelah kelahiran alam semesta. Menentukan awal dan akhir zaman reionisasi adalah salah satu batu loncatan penting untuk memahami bagaimana alam semesta berkembang, dan merupakan bidang kajian intensif dalam kosmologi dan astrofizik.
Nampaknya ketika kita melihat lebih jauh ke masa lalu, galaksi semakin jarang dan jarang. Bilangan galaksi dengan pergeseran merah 7.0 (yang sesuai dengan waktu kira-kira 780 juta tahun setelah Big Bang) nampaknya lebih kecil daripada yang dilihat oleh para astronom pada pergeseran merah 6,6 (yang sesuai dengan waktu sekitar 840 juta tahun setelah Big Bang) . Oleh kerana bilangan galaksi yang diketahui pada pergeseran merah 7.0 masih kecil (hanya satu!) Sukar untuk membuat perbandingan statistik yang kuat. Namun, ada kemungkinan penurunan jumlah galaksi pada pergeseran merah yang lebih tinggi disebabkan oleh adanya hidrogen neutral yang menyerap pelepasan Lyman-alpha dari galaksi pada pergeseran merah yang lebih tinggi. Sekiranya penyelidikan lebih lanjut dapat mengesahkan bahawa ketumpatan bilangan galaksi serupa menurun antara pergeseran merah 6,6 dan 7,0, ini boleh bermakna bahawa IOK-1 wujud semasa zaman reionisasi alam semesta.
Hasil ini akan diterbitkan dalam edisi Nature, 14 September 2006.
Sumber Asal: Siaran Berita Subaru
