Dalam usaha mereka untuk belajar bagaimana Alam Semesta kita wujud, para saintis telah menyelidiki jauh ke angkasa (dan oleh itu, sangat lama sekali). Pada akhirnya, tujuan mereka adalah untuk menentukan kapan galaksi pertama di Alam Semesta kita terbentuk dan apa kesannya terhadap evolusi kosmik. Usaha baru-baru ini untuk mencari formasi terawal ini telah menjangkau jarak hingga 13 miliar tahun cahaya dari Bumi - iaitu sekitar 1 miliar tahun setelah Big Bang.
Dari ini, saintis kini dapat mengkaji bagaimana galaksi awal mempengaruhi bahan di sekitarnya - khususnya, penyatuan semula atom-atom neutral. Malangnya, kebanyakan galaksi awal sangat samar, yang menjadikan kajian dalamannya sukar. Tetapi berkat tinjauan baru-baru ini yang dilakukan oleh pasukan astronomi antarabangsa, galaksi yang lebih bercahaya dan besar dapat dilihat yang dapat memberikan gambaran yang jelas bagaimana galaksi awal menyebabkan reionisasi.
Kajian yang memperincikan penemuan mereka, berjudul "ISM Properties of a Massive Dusty Star Galaxy yang Ditemui di z ~ 7 ", baru-baru ini diterbitkan di Surat Jurnal Astrofizik.Diketuai oleh penyelidik dari Institut Max Planck untuk Astronomi Radio di Bonn, Jerman, pasukan itu bergantung pada data dari tinjauan Teleskop Kutub Selatan (SPT) -SZ dan ALMA untuk melihat galaksi yang wujud 13 bilion tahun yang lalu (hanya 800 juta tahun selepas itu) the Big Bang).
Sesuai dengan model kosmologi Big Bang, reionisasi merujuk pada proses yang terjadi setelah periode yang dikenal sebagai "Zaman Gelap". Ini berlaku antara 380,000 hingga 150 juta tahun setelah Big Bang, di mana sebahagian besar foton di Alam Semesta berinteraksi dengan elektron dan proton. Akibatnya, sinaran pada masa ini tidak dapat dikesan oleh instrumen semasa kami - oleh itu namanya.
Tepat sebelum periode ini, "Pengumpulan Kembali" terjadi, di mana atom hidrogen dan helium mulai terbentuk. Awalnya diionisasi (tanpa elektron terikat pada inti mereka) molekul ini secara beransur-ansur menangkap ion ketika Alam Semesta menyejuk, menjadi neutral. Dalam tempoh berikutnya - iaitu antara 150 juta hingga 1 miliar tahun setelah Big Bang - struktur besar-besaran Alam Semesta mulai terbentuk.
Intrinsik untuk ini adalah proses reionisasi, di mana bintang dan kuarsa pertama terbentuk dan radiasi mereka menyatukan semula Alam Semesta di sekitarnya. Oleh itu, jelas mengapa ahli astronomi ingin menyiasat era Alam Semesta ini. Dengan memerhatikan bintang-bintang dan galaksi-galaksi pertama, dan kesannya terhadap kosmos, para astronom akan mendapat gambaran yang lebih jelas mengenai bagaimana zaman awal ini membawa ke Alam Semesta seperti yang kita ketahui sekarang.
Nasib baik untuk pasukan penyelidik, galaksi-galaksi pembentuk bintang yang besar pada masa ini diketahui mengandungi banyak habuk. Walaupun samar dalam jalur optik, galaksi ini memancarkan sinaran kuat pada panjang gelombang submillimeter, yang menjadikannya dapat dikesan menggunakan teleskop canggih hari ini - termasuk Teleskop Kutub Selatan (SPT), Eksperimen Atacama Pathfinder (APEX), dan Atacama Large Millimeter Array (ALMA ).
Demi kajian mereka, Strandet dan Weiss bergantung pada data dari SPT untuk mengesan rangkaian galaksi berdebu dari Alam Semesta awal. Seperti yang diberitahu oleh Maria Strandet dan Axel Weiss dari Max Planck Institute for Radio Astronomy (dan penulis utama dan pengarang bersama kajian ini) Space Magazine melalui e-mel:
"Kami telah menggunakan cahaya sekitar 1 mm panjang gelombang, yang dapat diperhatikan oleh teleskop mm seperti SPT, APEX atau ALMA. Pada panjang gelombang ini foton dihasilkan oleh sinaran haba habuk. Keindahan menggunakan panjang gelombang yang panjang ini adalah, bahawa untuk julat pergeseran merah yang besar (melihat ke belakang), peredupan galaksi [disebabkan] oleh peningkatan jarak dikompensasikan oleh pergeseran merah - jadi intensiti yang diamati tidak bergantung pada pergeseran merah. Ini kerana, untuk galaksi pergeseran merah yang lebih tinggi, seseorang melihat panjang gelombang yang lebih pendek secara intrinsik (oleh (1 + z)) di mana sinarannya lebih kuat untuk spektrum termal seperti spektrum debu. "
Ini diikuti oleh data dari ALMA, yang digunakan tim untuk menentukan jarak galaksi dengan melihat panjang gelombang molekul karbon monoksida yang berubah-ubah di medium antarbintang mereka (ISM). Dari semua data yang mereka kumpulkan, mereka dapat mengekang sifat salah satu galaksi ini - SPT0311-58 - dengan memerhatikan garis spektrumnya. Dengan demikian, mereka memutuskan bahawa galaksi ini ada hanya 760 juta tahun setelah Big Bang.
"Oleh kerana kekuatan isyarat pada 1mm tidak bergantung pada pergeseran merah (melihat ke belakang), kita tidak mempunyai petunjuk apriori jika objek relatif dekat (dalam arti kosmologi) atau pada zaman reionisasi," kata mereka. “Itulah sebabnya kami melakukan tinjauan besar untuk menentukan pergeseran merah melalui pelepasan garis molekul menggunakan ALMA. SPT0311-58 ternyata merupakan objek pergeseran merah tertinggi yang dijumpai dalam tinjauan ini dan sebenarnya galaksi pembentuk bintang berdebu besar yang paling jauh sejauh ini ditemui. "
Dari pemerhatian mereka, mereka juga menentukan bahawa SPT0311-58 mempunyai jisim sekitar 330 bilion massa Suria, yang kira-kira 66 kali lebih banyak daripada Galaksi Bima Sakti (yang mempunyai sekitar 5 bilion massa Suria). Mereka juga menganggarkan bahawa ia membentuk bintang baru dengan kecepatan beberapa ribu per tahun, yang mungkin berlaku untuk galaksi tetangga yang berasal dari masa ini.
Objek langka dan jauh ini adalah salah satu calon terbaik untuk mengkaji bagaimana rupa Alam Semesta awal dan bagaimana ia berkembang sejak itu. Ini seterusnya akan membolehkan ahli astronomi dan ahli kosmologi menguji asas teori untuk Big Bang Theory. Seperti yang diberitahu oleh Strandet dan Weiss Space Magazine mengenai penemuan mereka:
"Objek-objek ini penting untuk memahami evolusi galaksi secara keseluruhan kerana sejumlah besar debu sudah ada di sumber ini, hanya 760 juta tahun setelah Big Bang, bermaksud bahawa ia adalah objek yang sangat besar. Kenyataan bahawa galaksi besar seperti itu sudah ada ketika Alam Semesta masih sangat muda membuat kekangan kuat terhadap pemahaman kita mengenai penumpukan massa galaksi. Tambahan pula, debu perlu terbentuk dalam waktu yang sangat singkat, yang memberikan gambaran tambahan mengenai pengeluaran habuk dari populasi bintang pertama. "
Kemampuan untuk melihat lebih jauh ke ruang angkasa, dan lebih jauh ke masa lalu, telah menyebabkan banyak penemuan mengejutkan akhir-akhir ini. Dan ini pada gilirannya telah mencabar beberapa anggapan kita tentang apa yang berlaku di Alam Semesta, dan kapan. Dan pada akhirnya, mereka membantu para saintis untuk membuat akaun evolusi kosmik yang lebih terperinci dan lengkap. Suatu hari nanti, kita mungkin dapat menyelidiki detik-detik terawal di Alam Semesta, dan menyaksikan penciptaan beraksi!
