Quasar menerangi awan hantu dari hidrogen intergalaksi, memberikan pemandangan alam semesta 11 miliar tahun yang lalu.
Para ilmuwan dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) telah menciptakan peta tiga dimensi terbesar dari alam semesta yang jauh dengan menggunakan cahaya benda paling terang di kosmos untuk menerangi awan hantu dari hidrogen intergalaksi. Peta ini memberikan pandangan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang seperti apa jagat raya 11 miliar tahun yang lalu.
Anze Slosar, seorang ahli fisika di Laboratorium Nasional Brookhaven Departemen Energi A.S., mempresentasikan temuan baru 1 Mei 2011 pada pertemuan American Physical Society. Temuan muncul dalam sebuah artikel yang diposting online di server astrofisika arXiv pra.
Sepotong melalui peta tiga dimensi alam semesta. Bima Sakti ada di ujung bawah irisan; titik hitam yang mencapai sekitar 7 miliar tahun cahaya adalah galaksi terdekat. Wilayah lintas silang merah tidak dapat diamati dengan teleskop SDSS. Kredit Gambar: A. Slosnar dan kolaborasi SDSS-III
Tampilan slice peta yang diperbesar terlihat pada gambar sebelumnya. Daerah merah memiliki lebih banyak gas; area biru memiliki lebih sedikit gas. Bilah skala hitam di kanan bawah berukuran satu miliar tahun cahaya. Kredit Gambar: A. Slosnar dan Kolaborasi SDSS-III
Teknik baru yang digunakan oleh Slosar dan rekan-rekannya mengubah pendekatan standar astronomi. Slosar menjelaskan:
Biasanya kita membuat peta alam semesta dengan melihat galaksi, yang memancarkan cahaya. Tapi di sini, kita melihat gas hidrogen intergalaksi, yang menghalangi cahaya. Ini seperti melihat bulan melalui awan - Anda dapat melihat bentuk awan di bawah sinar bulan yang mereka blokir.
Alih-alih bulan, tim SDSS mengamati quasar, suar bercahaya cemerlang yang ditenagai oleh lubang hitam raksasa. Quasar cukup terang untuk dilihat milyaran tahun cahaya dari Bumi, tetapi pada jarak ini mereka terlihat seperti titik cahaya kecil yang redup. Ketika cahaya dari quasar melakukan perjalanan panjang ke Bumi, ia melewati awan gas hidrogen intergalaksi yang menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang tergantung pada jarak ke awan. Penyerapan tambal sulam ini memiliki pola yang tidak teratur pada cahaya quasar yang dikenal sebagai Hutan Lyman-alpha.
Pengamatan quasar tunggal memberikan peta hidrogen ke arah quasar, Slosar menjelaskan. Kunci untuk membuat peta tiga dimensi yang lengkap adalah angka. Dia berkata:
Ketika kita menggunakan cahaya bulan untuk melihat awan di atmosfer, kita hanya memiliki satu bulan. Tetapi jika kita memiliki 14.000 bulan di seluruh langit, kita dapat melihat cahaya yang terhalang oleh awan di depan mereka semua, seperti apa yang dapat kita lihat pada siang hari. Anda tidak hanya mendapatkan banyak gambar kecil - Anda mendapatkan gambaran besarnya.
Gambaran besar yang ditunjukkan dalam peta Slosar berisi petunjuk penting tentang sejarah alam semesta. Peta tersebut menunjukkan waktu 11 miliar tahun yang lalu, ketika galaksi pertama baru saja mulai bersatu di bawah gaya gravitasi untuk membentuk kelompok besar pertama. Saat galaksi bergerak, hidrogen intergalaksi bergerak bersama mereka. Andreu Font-Ribera, seorang mahasiswa pascasarjana di Institute of Space Sciences di Barcelona, menciptakan model komputer tentang bagaimana gas itu mungkin bergerak ketika cluster terbentuk. Hasil model komputernya cocok dengan peta.
Font-Ribera berkata:
Itu memberi tahu kita bahwa kita benar-benar mengerti apa yang kita ukur. Dengan informasi itu, kita dapat membandingkan jagat raya dengan jagat raya sekarang, dan belajar bagaimana segala sesuatu telah berubah.
Pengamatan quasar berasal dari Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), yang terbesar dari empat survei yang membentuk SDSS-III. Eric Aubourg, dari Universitas Paris, memimpin tim astronom Perancis yang secara visual memeriksa setiap 14.000 quasar secara individual. Aubourg menjelaskan:
Analisis akhir dilakukan oleh komputer. Tetapi ketika datang untuk menemukan masalah dan menemukan kejutan, masih ada hal-hal yang dapat dilakukan manusia yang tidak bisa dilakukan oleh komputer.
David Schlegel, seorang ahli fisika di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di California dan peneliti utama BOSS, mengatakan:
BOSS adalah pertama kalinya seseorang menggunakan hutan Lyman-alpha untuk mengukur struktur tiga dimensi alam semesta. Dengan teknik baru apa pun, orang-orang gelisah tentang apakah Anda benar-benar dapat melakukannya, tetapi sekarang kami telah menunjukkan bahwa kami dapat melakukannya.
Selain BOSS, Schlegel mencatat, teknik pemetaan baru dapat diterapkan untuk survei yang lebih ambisius di masa depan, seperti penggantinya yang diusulkan BigBOSS.
Ketika pengamatan BOSS selesai pada tahun 2014, para astronom dapat membuat peta sepuluh kali lebih besar dari yang dirilis hari ini, menurut Patrick McDonald dari Lawrence Berkeley National Laboratory dan Brookhaven National Laboratory, yang memelopori teknik untuk mengukur alam semesta dengan hutan Lyman-alpha dan membantu merancang survei quasar BOSS. Tujuan akhir dari BOSS adalah untuk menggunakan fitur-fitur halus di peta seperti Slosar untuk mempelajari bagaimana ekspansi alam semesta telah berubah selama sejarahnya. McDonald berkata:
Pada saat BOSS berakhir, kita akan dapat mengukur seberapa cepat alam semesta mengembang 11 miliar tahun yang lalu dengan akurasi beberapa persen. Menimbang bahwa belum ada yang pernah mengukur tingkat ekspansi kosmik sejauh ini, itu prospek yang sangat mencengangkan.
Pakar quasar Patrick Petitjean dari Institut d'Astrophysique de Paris, anggota kunci tim pemeriksa quasar Aubourg, menantikan terus berlanjutnya banjir data BOSS:
Empat belas ribu quasar turun, seratus empat puluh ribu tersisa. Jika BOSS menemukan mereka, kami akan senang untuk melihat semuanya, satu per satu. Dengan data sebanyak itu, kami terikat untuk menemukan hal-hal yang tidak pernah kami harapkan.