"Galaksi terjauh yang belum pernah dilihat!" Tidakkah kita pernah mendengarnya sebelum ini? (Lihat di sini dan di sini, misalnya.) Walaupun benar bahawa para astronom terus mendorong masa ke masa yang lalu dengan instrumen yang lebih baik, terdapat cabaran mendasar baik dalam memerhatikan dan mengukur jarak ke galaksi paling awal di kosmos.
Itulah sebabnya pemerhatian baru galaksi yang terbentuk kira-kira 700 juta tahun selepas Big Bang itu penting. Walaupun sejumlah galaksi telah dikenal pasti yang terbentuk pada era itu, para astronom hanya mengukur jarak yang tepat untuk lima daripadanya. Galaksi ini menandakan yang keenam, dan ia adalah yang paling jauh dari kumpulan itu. Mungkin lebih penting daripada pengukuran jarak, para penyelidik menentukan bahawa galaksi ini melahirkan bintang baru dengan kadar lebih dari 100 kali ganda daripada yang dilakukan oleh Bima Sakti hari ini. Itu menunjukkan galaksi awal mungkin lebih agresif dengan pembentukan bintang daripada yang dipercayai sebelumnya.
Makalah baru yang diterbitkan dalam Alam semula jadi (amaran paywall) menjelaskan pengukuran pergeseran merah galaksi yang dikenal pasti dalam Survei Warisan Ekstragalaktik Deep-inframerah Perhimpunan Kosmik (CANDELS), yang menggunakan spektrograf inframerah pada teleskop Keck di Hawaii. Kerana jarak yang sangat luas ini, Teleskop Angkasa Hubble tidak melihat galaksi dalam jalur optiknya, tetapi ia adalah sumber terang dalam inframerah, baik untuk Hubble dan Teleskop Angkasa Spitzer. Pergeseran merah, jika anda ingat, adalah ukuran seberapa cepat galaksi nampaknya menjauh dari kita ketika Alam Semesta berkembang; semakin tinggi pergeseran merah, semakin jauh galaksi itu - dan oleh itu semakin lama ia memancarkan cahaya yang kita lihat. Semasa Alam Semesta tumbuh, ia meregangkan panjang gelombang cahaya secara berkadar. Dengan cara itu, cahaya yang dapat dilihat atau bahkan pelepasan ultraviolet yang biasa terdapat pada bintang-bintang dipindahkan ke bahagian inframerah spektrum.
Dalam kes ini, ahli astronomi mengukur pergeseran merah galaksi z8_GND_5296 (ada nama yang tidak dapat dilupakan untuk anda) menjadi 7.51, yang bermaksud sekitar 13 bilion tahun cahaya. Mereka menentukan bilangan ini dengan mengukur pelepasan Lyman alpha (Ly α) dari gas hidrogen, yang sangat biasa dan sukar diukur pada jarak yang begitu besar. Cahaya Ly dari gas hidrogen di lokasi kami kira-kira 122 nanometer, tegas di bahagian ultraviolet spektrum, tetapi pelepasan yang sesuai dari z8_GND_5296 adalah sekitar 1034 nanometer, yang merupakan inframerah. (Untuk mendapatkan pergeseran merah, bahagi bilangan yang lebih besar dengan yang lebih kecil dan tolak 1. Malangnya, hubungan antara pergeseran merah dan jarak tidak semudah itu.)
Namun, tidak setiap galaksi pada jarak yang sebanding mempunyai pelepasan Ly α yang dapat diukur: sesuatu nampaknya menghalang sebahagian besar cahaya itu sampai ke kita. Idea utama adalah gas intergalaksi neutral yang menyebarkan cahaya, tetapi terlalu sedikit galaksi yang diperhatikan untuk mengesahkan hipotesis itu. Akibatnya, sementara terdapat puluhan galaksi dengan pergeseran merah lebih besar dari 7 (ditentukan bukan oleh spektrum tetapi oleh warna galaksi yang jelas), pergeseran merah tidak dapat diperiksa dua kali untuk kebanyakan. Makalah ini melaporkan 43 galaksi awal, tetapi hanya satu sampel yang mempunyai pelepasan Ly α yang dapat diukur.
Lebih menarik lagi, galaksi z8_GND_5296 agak kaya dengan "logam": unsur yang lebih berat daripada helium. Oleh kerana unsur-unsur ini dihasilkan oleh bintang dan bukannya Big Bang, itu menunjukkan kitaran kelahiran dan kematian bintang yang sangat pesat bahkan pada saat galaksi ini memancarkan cahaya yang kita amati.
Untuk menyokong pernyataan itu, penulis kajian ini mendapati bahawa z8_GND_5296 dan galaksi serupa yang ditetapkan GN 108036 mempunyai kadar pembentukan bintang yang sangat tinggi, mengubah setara jisim 330 Matahari menjadi bintang baru. Itu lebih dari 100 kali kadar pembentukan bintang dari Bima Sakti, dan setanding dengan beberapa galaksi pembentuk bintang yang paling ekstrem. Galaksi-galaksi ini sebelumnya dianggap jarang, jadi ahli astronomi mungkin perlu menyemak semula anggaran mereka mengenai seberapa cepat bintang-bintang baru dibuat pada galaksi awal.
Walau apa pun, akan menarik untuk melihat bagaimana galaksi awal yang lain ketika pemerhatian kita bertambah baik. Tanpa itu, kita tidak akan mengetahui sama ada z8_GND_5296 jarang berlaku dalam pembentukan bintangnya yang melampau, atau memahami mengapa ia agak terang dalam pelepasan Ly α sementara adik-beradiknya tidak. Dan mungkin kita akan dapati pembahagian masa antara era tanpa galaksi dan galaksi pertama terbentuk.
