Analisis spektrum galaksi bercahaya JADES-GS-z14-0 berdasarkan pemerhatian yang dibuat pada Januari 2024 mendedahkan anjakan merah sebanyak 14.32 yang menjadikannya galaksi paling jauh yang diketahui (galaksi paling jauh sebelum ini yang diketahui ialah JADES-GS-z13-0 pada anjakan merah daripada z = 13.2). Ia terbentuk di alam semesta awal kira-kira 290 juta tahun selepas Big Bang. Jumlah cahaya bintang yang banyak menunjukkan ia adalah besar dan saiznya melebihi 1,600 tahun cahaya. Galaksi yang bercahaya, besar dan besar di alam semesta awal pada fajar kosmik menentang pemahaman semasa pembentukan galaksi. Bintang pertama di alam semesta ialah bintang Pop III dengan logam sifar atau logam sangat rendah. Walau bagaimanapun, kajian tentang sifat inframerah galaksi JADES-GS-z14-0 mendedahkan kehadiran oksigen yang bermaksud pengayaan logam membayangkan generasi bintang besar telah pun menyelesaikan perjalanan hidup mereka dari kelahiran hingga letupan supernova kira-kira 290 juta tahun di alam semesta awal. Oleh itu, sifat galaksi ini bertentangan dengan pemahaman semasa pembentukan galaksi di alam semesta awal.
Alam semesta yang sangat awal, kira-kira 380,000 tahun selepas Big Bang, dipenuhi dengan gas terion dan legap sepenuhnya disebabkan oleh penyerakan foton oleh elektron bebas. Ini diikuti oleh zaman neutral alam semesta awal yang berlangsung selama kira-kira 400 juta tahun. Dalam zaman ini, alam semesta adalah neutral dan telus. Cahaya pertama muncul apabila alam semesta menjadi lutsinar, menjadi merah beralih kepada julat gelombang mikro kerana pengembangan, dan kini diperhatikan sebagai Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB). Kerana alam semesta dipenuhi dengan gas neutral, tiada isyarat optik dipancarkan (oleh itu dipanggil zaman gelap). Bahan yang tidak terion tidak memancarkan cahaya justeru kesukaran untuk mengkaji alam semesta awal zaman neutral. Walau bagaimanapun, sinaran gelombang mikro dengan panjang gelombang 21 cm (bersamaan dengan 1420 MHz) yang dipancarkan oleh hidrogen kosmik yang sejuk dan neutral semasa zaman ini disebabkan oleh peralihan hiperhalus daripada putaran selari kepada putaran anti selari yang lebih stabil menawarkan peluang kepada ahli astronomi. Sinaran gelombang mikro 21 cm ini akan dianjak merah apabila sampai ke bumi dan akan diperhatikan pada frekuensi 200MHz hingga 10 MHz sebagai gelombang radio. The REACH (Eksperimen Radio untuk Analisis Hidrogen Kosmik) Eksperimen bertujuan untuk mengesan garisan 21-sm yang sukar difahami daripada Hidrogen Kosmik.
Epok pengionan semula adalah zaman seterusnya dalam sejarah alam semesta awal yang berlangsung dari kira-kira 400 juta tahun selepas Big Bang hingga 1 bilion tahun. Gas menjadi terion semula kerana sinaran UV tenaga tinggi yang dipancarkan oleh bintang awal yang berkuasa. Pembentukan galaksi dan quasar bermula pada zaman ini. Lampu zaman ini berwarna merah beralih kepada julat merah dan inframerah. Kajian lapangan yang mendalam adalah permulaan baharu dalam kajian alam semesta awal namun skopnya dalam menangkap cahaya primordial adalah terhad. Sebuah balai cerap inframerah yang berpangkalan di angkasa diperlukan. JWST mengkhusus secara eksklusif dalam astronomi inframerah untuk mengkaji alam semesta awal.
Teleskop Angkasa James Webb (JWST) telah dilancarkan pada 25 Disember 2021. Selepas itu, tt diletakkan di orbit berhampiran Sun–Earth L2 titik Lagrange kira-kira 1.5 juta km dari bumi. Ia mula beroperasi sepenuhnya pada Julai 2022. Menggunakan instrumen saintifik utama seperti NIRCam (Kamera Inframerah Dekat), NIRSpec (Spektrograf Inframerah Dekat), MIRI (Instrumen Inframerah Pertengahan), JWST mencari isyarat optik/inframerah daripada bintang dan galaksi awal dibentuk di Alam Semesta untuk pemahaman yang lebih baik tentang pembentukan dan evolusi galaksi dan pembentukan bintang dan sistem planet. Dalam dua tahun kebelakangan ini, ia telah menghasilkan hasil yang menarik dalam penerokaan fajar kosmik (iaitu, tempoh dalam beberapa ratus juta tahun pertama selepas letupan besar di mana galaksi pertama dilahirkan).
Program JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Program ini bertujuan untuk mengkaji evolusi galaksi daripada anjakan merah tinggi kepada tengah hari kosmik melalui pengimejan inframerah dan spektroskopi dalam medan dalam GOODS-S dan GOODS-N.
Pada tahun pertama, penyelidik JADES menemui ratusan calon galaksi dari 650 juta tahun pertama selepas letupan besar. Pada awal tahun 2023, mereka menjumpai galaksi dalam set data mereka yang kelihatan berada pada anjakan merah 14 yang menunjukkan bahawa ia mestilah galaksi yang sangat jauh tetapi ia sangat terang. Selain itu, ia kelihatan menjadi sebahagian daripada galaksi lain kerana jaraknya yang hampir. Oleh itu, mereka memerhatikan keuntungan itu pada Oktober 2023. Data baharu menyokongnya berada pada anjakan merah 14. Spektrum galaksi ini diperlukan untuk mengenal pasti lokasi pecahan Lyman-alpha dalam spektrum untuk mengukur anjakan merah dan menentukan umur.
Lyman-alpha ialah garis pelepasan spektrum hidrogen dalam siri Lyman apabila elektron beralih dari n=2 ke n=1. Titik pecah Lyman-alpha dalam spektrum sepadan dengan panjang gelombang yang diperhatikan (λdiperhatikan). Anjakan merah (z) boleh dikira mengikut formula z = (λdiperhatikan – λrehat) / λrehat
Galaksi JADES-GS-z14-0
Sehubungan itu, galaksi itu diperhatikan semula pada Januari 2024 menggunakan NIRCam (Kamera Inframerah Berdekatan) dan NIRSpec (Spektrograf Inframerah Berhampiran). Analisis spektrum memberikan bukti jelas bahawa galaksi berada pada anjakan merah 14.32, menjadikannya galaksi paling jauh yang diketahui (rekod galaksi paling jauh sebelumnya (JADES-GS-z13-0 pada anjakan merah z = 13.2). Ia dinamakan JADES -GS-z14-0, galaksi bercahaya pada jarak 13.5 bilion tahun cahaya Selain itu, saiznya melebihi 1,600 tahun cahaya yang menunjukkan bahawa bintang muda adalah sumber kilauannya menjadi sangat besar. Tidak dijangka galaksi yang wujud kurang daripada 300 juta tahun selepas Big Bang mempunyai sifat sedemikian. Ia tidak sesuai dengan model pembentukan galaksi yang sedia ada.
Terdapat lebih banyak kejutan di kedai.
Penyelidik dapat mengesan JADES-GS-z14-0 pada panjang gelombang yang lebih panjang menggunakan MIRI (Instrumen Inframerah Pertengahan). Ini bermakna menangkap pelepasan julat cahaya boleh dilihat daripada galaksi ini yang dianjakkan merah menjadi di luar julat untuk instrumen inframerah dekat. Analisis mendedahkan kehadiran oksigen terion yang membayangkan metalliciti bintang yang tinggi. Ini hanya mungkin apabila banyak generasi bintang telah menjalani perjalanan hidup mereka.
Bintang pertama di alam semesta mempunyai logam sifar atau logam sangat rendah. Mereka dipanggil bintang Pop III atau bintang Populasi III. Bintang logam rendah ialah bintang Pop II. Bintang muda mempunyai kandungan logam yang tinggi dan dipanggil "Bintang Pop I" atau bintang logam solar. Dengan kemetalan 1.4% yang agak tinggi, matahari ialah bintang terbaru. Dalam astronomi, sebarang unsur yang lebih berat daripada helium dianggap sebagai logam. Kimia bukan logam seperti oksigen, nitrogen dll adalah logam dalam konteks kosmologi. Bintang mendapat logam yang diperkaya dalam setiap generasi selepas peristiwa supernova. Peningkatan kandungan logam dalam bintang menunjukkan usia yang lebih muda.
Memandangkan umur galaksi JADES-GS-z14-0 kurang daripada 300 juta tahun selepas Big Bang, bintang-bintang dalam galaksi ini mestilah bintang Pop III dengan kandungan sifar logam. Walau bagaimanapun, MIRI JWST mendapati kehadiran oksigen.
Memandangkan pemerhatian dan penemuan di atas, sifat galaksi awal alam semesta JADES-GS-z14-0 tidak mematuhi pemahaman semasa pembentukan galaksi. Bagaimanakah galaksi dengan ciri sedemikian boleh bertarikh 290 juta tahun selepas Bing Bang? Ada kemungkinan bahawa banyak galaksi seperti itu boleh ditemui pada masa hadapan. Mungkin kepelbagaian galaksi wujud pada Fajar Kosmik.
***
Rujukan:
- Carniani, S., et al. 2024. Pengesahan spektroskopi dua galaksi bercahaya pada anjakan merah 14. Alam (2024). Diterbitkan pada 24 Julai 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Pracetak di axRiv. Dikemukakan pada 28 Mei 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Helton JM, et al 2024. Pengesanan fotometrik JWST/MIRI pada 7.7 μm kontinum bintang dan pelepasan nebula dalam galaksi pada z>14. Pracetak di axRiv. Dikemukakan pada 28 Mei 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- Teleskop Angkasa James Webb NASA. Sorotan awal – Teleskop Angkasa James Webb NASA Menemui Galaksi Paling Jauh Dikenali. Disiarkan pada 30 Mei 2024. Boleh didapati di https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
