Selama Zaman Kegelapan Kosmik, alam semesta kita matang dari sup primordial gas netral ke kosmos penuh bintang yang kita lihat sekarang. Sebuah penelitian baru menyelidiki waktu misterius ini.
Lihat lebih besar. | Tonggak sejarah dalam sejarah alam semesta (bukan untuk skala). Gas berada dalam keadaan netral dari sekitar 300.000 tahun setelah Ledakan Besar sampai cahaya dari generasi pertama bintang dan galaksi mulai mengionisasi itu, yaitu, melepaskan atom dalam gas elektron mereka. Sebuah studi baru meneliti alam semesta pada 800 juta tahun (kotak kuning) untuk menyelidiki kapan dan bagaimana transformasi ini terjadi. Gambar melalui NAOJ / NOAO.
Cahaya bintang adalah lingua franca dari alam semesta kita; itu adalah bahasa yang harus dipelajari oleh para astronom jika mereka ingin memahami tempat kita dalam ruang dan waktu. Tetapi cahaya bintang belum selalu menjadi fitur dari alam semesta. Dalam kosmologi Big Bang, tak lama setelah Big Bang yang sangat terang itu sendiri, datanglah suatu masa ketika alam semesta benar-benar gelap. Periode ini, sebelum bintang-bintang pertama lahir, dan diperkirakan telah berlangsung beberapa ratus juta tahun di alam semesta kita yang berumur 13,8 miliar tahun. Para astronom menyebutnya Zaman Kegelapan Kosmik. Minggu lalu (11 Juli 2017), National Optical Astronomy Observatory (NOAO) mengatakan para astronom mengambil langkah maju dalam menyelidiki alam semesta awal dengan penemuan 23 galaksi pembentuk bintang kecil - disebut galaksi pemancar Lyman alpha, atau LAE - ditemukan ketika umur semesta hanya 800 juta tahun. Menemukan galaksi-galaksi ini membantu mereka menentukan kapan Zaman Kegelapan Kosmik berakhir, dan bintang-bintang dan galaksi pertama terbentuk. NOAO berkata:
Hasilnya menunjukkan bahwa galaksi paling awal, yang menerangi dan mengionisasi alam semesta, terbentuk.
Apa itu Abad Kegelapan Kosmik? Berikut adalah deskripsi yang bagus dari Institut Kavli untuk Partikel Astrofisika dan Kosmologi, yang menyatakan bahwa, hanya beberapa ratus ribu tahun setelah Big Bang, alam semesta:
... mulai memasuki 'zaman kegelapan' kosmik, yang dinamai demikian karena bintang-bintang dan galaksi bercahaya yang kita lihat sekarang belum terbentuk. Sebagian besar materi di kosmos pada tahap ini adalah materi gelap dengan sedikit materi biasa yang tersisa yang sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium netral.
Selama beberapa ratus juta tahun berikutnya, alam semesta memasuki titik balik penting dalam evolusinya, yang dikenal sebagai Zaman Reionisasi. Selama periode ini, materi gelap yang dominan mulai runtuh menjadi struktur seperti halo melalui gaya tarik gravitasinya sendiri. Materi biasa juga ditarik ke dalam lingkaran cahaya ini, akhirnya membentuk bintang dan galaksi pertama, yang, pada gilirannya, melepaskan sejumlah besar sinar ultraviolet. Cahaya itu cukup energik untuk melepaskan elektron dari materi netral di sekitarnya, sebuah proses yang dikenal sebagai reionisasi kosmik.
Itu deskripsi yang bagus tentang apa mungkin telah terjadi untuk mengakhiri Abad Kegelapan Kosmik. Para astronom yang melakukan penelitian seperti ini berusaha mengumpulkan sebanyak mungkin bukti pengamatan. Mereka menggambarkan akhir Zaman Kegelapan Kosmik sebagai sesuatu yang terjadi dalam selang waktu antara 300 juta tahun dan 1 miliar tahun setelah Big Bang. Dengan demikian mereka ingin mengamati galaksi sedekat mungkin dengan akhir periode ini, tetapi, seperti yang dikatakan NOAO dalam pernyataannya baru-baru ini, pengamatan itu tetap “sebuah tantangan:”
Gas intergalaksi ... sangat menyerap dan menyebarkan sinar ultraviolet yang dipancarkan oleh galaksi, membuatnya sulit dideteksi.
Lihat lebih besar. | Gambar warna-keliru dari wilayah 2-kuadrat dari bidang survei LAGER. Kotak putih kecil menunjukkan posisi 23 LAE yang ditemukan dalam survei. Insets terperinci (kuning) menunjukkan dua LAE paling terang; mereka adalah 0,5 menit busur di satu sisi, dan lingkaran putih berdiameter 5 detik busur. Gambar melalui Zhen-Ya Zheng (SHAO) & Junxian Wang (USTC) / NOAO.
Salah satu cara untuk menyelidiki periode ini di alam semesta awal adalah dengan mencari galaksi pemancar alpha Lyman, atau LAE. NOAO berkata:
Untuk pulang pada saat transformasi terjadi, para astronom mengambil pendekatan tidak langsung. Dengan menggunakan demografi galaksi pembentuk bintang kecil untuk menentukan kapan gas intergalaksi terionisasi, mereka dapat menyimpulkan ketika sumber pengion, galaksi pertama, terbentuk.
Jika galaksi pembentuk bintang, yang bersinar dalam cahaya garis hidrogen Lyman alpha, dikelilingi oleh gas hidrogen netral, foton alfa Lyman mudah tersebar, seperti lampu depan dalam kabut, mengaburkan galaksi. Ketika gas terionisasi, kabut terangkat, dan galaksi lebih mudah dideteksi.
NOAO melanjutkan dengan mendeskripsikan karya baru para astronom, yang menghasilkan penemuan 23 kandidat LAEs, sampel terbesar galaksi semacam itu yang ditemukan hingga saat itu di zaman alam semesta. Galaksi pembentuk bintang kecil ini:
... hadir 800 juta tahun setelah Big Bang.
Studi ini juga menemukan bahwa LAE 4 kali lebih jarang terjadi pada 800 juta tahun daripada waktu yang singkat kemudian, yaitu 1 miliar tahun. NOAO berkata:
Hasilnya menyiratkan bahwa proses mengionisasi alam semesta dimulai awal dan masih belum lengkap pada 800 juta tahun, dengan gas intergalaksi sekitar setengah netral dan setengah terionisasi pada zaman itu.