Para astronom telah menyaksikan untuk pertama kalinya sebuah galaksi spiral di alam semesta awal, miliaran tahun sebelum banyak galaksi spiral lainnya terbentuk. Dalam temuan yang dilaporkan 19 Juli di jurnal Nature, para astronom mengatakan mereka menemukannya saat menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble untuk mengambil gambar sekitar 300 galaksi yang sangat jauh di alam semesta awal dan untuk mempelajari sifat-sifat mereka. Galaksi spiral yang jauh ini sedang diamati karena ada sekitar tiga miliar tahun setelah Big Bang, dan cahaya dari bagian alam semesta ini telah melakukan perjalanan ke Bumi selama sekitar 10,7 miliar tahun.
"Ketika Anda kembali ke masa awal ke alam semesta awal, galaksi terlihat sangat aneh, rumpun dan tidak teratur, tidak simetris," kata Alice Shapley, seorang profesor fisika dan astronomi UCLA, dan penulis pendamping penelitian ini. “Sebagian besar galaksi tua terlihat seperti bangkai kereta. Pikiran pertama kami adalah, mengapa yang ini sangat berbeda, dan begitu indah? "
Kredit Gambar: Institut Dunlap untuk Astronomi & Astrofisika / Joe Bergeron
Galaksi di jagat raya saat ini terbagi menjadi berbagai jenis, termasuk galaksi spiral seperti Bima Sakti kita sendiri, yang memutar cakram bintang dan gas tempat bintang baru terbentuk, dan galaksi elips, yang meliputi bintang tua, bintang merah yang bergerak secara acak. Campuran struktur galaksi di alam semesta awal sangat berbeda, dengan keragaman yang jauh lebih besar dan sebagian besar galaksi tak beraturan, kata Shapley.
"Fakta bahwa galaksi ini ada sangat mencengangkan," kata David Law, penulis utama studi ini dan rekan pascadoktoral Dunlap Institute di Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics University of Toronto. "Kebijaksanaan saat ini menyatakan bahwa galaksi spiral 'desain-besar' seperti itu tidak ada pada waktu awal dalam sejarah alam semesta." Galaksi 'desain besar' memiliki lengan spiral yang menonjol dan terbentuk dengan baik.
Galaksi, yang dikenal dengan nama BX442 yang tidak terlalu glamor, cukup besar dibandingkan dengan galaksi lain dari masa awal di jagat raya ini; hanya sekitar 30 galaksi yang dianalisis oleh Law dan Shapley sebesar masif galaksi ini.
Untuk mendapatkan wawasan yang lebih dalam tentang citra unik mereka tentang BX442, Law dan Shapley pergi ke W.M. Keck Observatory di atas gunung berapi Mauna Kea Hawaii yang tidak aktif dan menggunakan instrumen canggih sains yang disebut spektrograf OSIRIS, yang dibangun oleh James Larkin, seorang profesor fisika dan astronomi UCLA. Mereka mempelajari spektrum dari sekitar 3.600 lokasi di dalam dan sekitar BX442, yang memberikan informasi berharga yang memungkinkan mereka untuk menentukan bahwa itu sebenarnya adalah galaksi spiral yang berputar - dan bukan, misalnya, dua galaksi yang kebetulan berbaris dalam gambar.
"Kami pertama kali berpikir ini hanya sebuah ilusi, dan mungkin kami disesatkan oleh gambar itu," kata Shapley. “Apa yang kami temukan ketika mengambil gambar spektral galaksi ini adalah bahwa lengan spiral memang milik galaksi ini. Itu bukan ilusi. Kami terpesona. ”Law dan Shapley juga melihat beberapa bukti lubang hitam besar di pusat galaksi, yang mungkin memainkan peran dalam evolusi BX442.
Mengapa BX442 terlihat seperti galaksi yang sangat umum saat ini tetapi sangat langka saat itu?
Law dan Shapley berpikir jawabannya mungkin ada hubungannya dengan galaksi kerdil pendamping, yang diungkapkan oleh spektrograf OSIRIS sebagai gumpalan di bagian kiri atas gambar, dan interaksi gravitasi di antara mereka. Dukungan untuk ide ini disediakan oleh simulasi numerik yang dilakukan oleh Charlotte Christensen, seorang sarjana postdoctoral di University of Arizona dan rekan penulis penelitian di Nature. Akhirnya galaksi kecil itu kemungkinan akan bergabung menjadi BX442, kata Shapley.
Kredit Gambar: David Law / Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics
"BX442 terlihat seperti galaksi di dekatnya, tetapi di alam semesta awal, galaksi bertabrakan jauh lebih sering," katanya. “Gas turun dari media intergalaksi dan bintang-bintang yang terbentuk pada laju yang jauh lebih cepat daripada saat ini; lubang hitam tumbuh pada laju yang jauh lebih cepat juga. Alam semesta hari ini membosankan dibandingkan dengan waktu awal ini. "
Law, mantan rekan postdoctoral Hubble di UCLA, dan Shapley akan terus belajar BX442.
"Kami ingin mengambil gambar galaksi ini pada panjang gelombang lain," kata Shapley. “Itu akan memberi tahu kita apa jenis bintang di setiap lokasi di galaksi. Kami ingin memetakan campuran bintang dan gas di BX442. "
Shapley mengatakan bahwa BX442 mewakili hubungan antara galaksi awal yang jauh lebih bergejolak dan galaksi spiral berputar yang kita lihat di sekitar kita. "Memang, galaksi ini dapat menyoroti pentingnya interaksi merger di zaman kosmik apa pun dalam menciptakan struktur spiral desain besar," katanya.
Mempelajari BX442 kemungkinan akan membantu para astronom memahami bagaimana galaksi spiral seperti bentuk Bima Sakti, kata Shapley.
Rekan penulis adalah Charles Steidel, Profesor Astronomi Lee A. DuBridge di Institut Teknologi California; Naveen Reddy, asisten profesor fisika dan astronomi di UC Riverside; dan Dawn Erb, asisten profesor fisika di University of Wisconsin, Milwaukee.
Penelitian Shapley didanai oleh David and Lucile Packard Foundation.
UCLA adalah universitas terbesar di California, dengan pendaftaran hampir 38.000 mahasiswa sarjana dan pascasarjana. Fakultas Sastra dan Sains UCLA dan 11 sekolah profesional universitas ini memiliki fakultas terkenal dan menawarkan 337 program gelar dan jurusan. UCLA adalah pemimpin nasional dan internasional dalam bidang luas dan kualitas akademik, penelitian, perawatan kesehatan, budaya, pendidikan berkelanjutan dan program atletik. Enam alumni dan lima fakultas telah dianugerahi Hadiah Nobel.
Diterbitkan ulang dengan izin dari UCLA.