[비즈한국] Seberapa jauh kita bisa melihat ke dalam alam semesta? Jarak yang jauh di ruang angkasa berarti masa lalu yang jauh. Fenomena ini disebut sebagai efek look-back time. Semakin jauh kita memandang, semakin kita mendekati kegelapan primordial, saat di mana belum ada apa pun di alam semesta segera setelah Big Bang. Untuk melihat momen awal penciptaan, teleskop terus membidik titik-titik yang lebih jauh. Tentu saja, sekeras apa pun usaha yang dilakukan, kita biasanya hanya bisa melihat periode setelah alam semesta berusia setidaknya 1 miliar tahun pasca-Big Bang.
Namun baru-baru ini, para astronom menangkap sebuah galaksi dalam data James Webb yang memiliki pergeseran merah (redshift) mencapai 32. Jika angka ini akurat, galaksi tersebut adalah penampakan alam semesta saat usianya baru mencapai 90 juta tahun. Ini hanya 0,6% dari usia alam semesta saat ini! Jika benar, kita benar-benar telah menangkap momen awal penciptaan alam semesta. Para astronom saat ini masih belum mengetahui apa sebenarnya identitas galaksi ini.
Sebelum penemuan ini, galaksi terjauh yang ditangkap oleh James Webb adalah MoM-z14. Pada bulan April lalu, James Webb menangkap cahaya redup yang berasal dari galaksi jauh tersebut. Pergeseran merah galaksi ini adalah sekitar 14,44. Cahayanya berasal dari masa ketika alam semesta baru berusia 280 juta tahun. Sebagai galaksi primitif yang hidup di alam semesta awal, ukurannya sangat kecil. Diameternya hanya 240 tahun cahaya. Bukan 240.000 tahun cahaya, melainkan 240 tahun cahaya. Massanya pun hanya sekitar 10 juta kali massa matahari, setara dengan Awan Magellan Kecil yang mengorbit Bima Sakti kita.
Namun, kita tidak bisa meremehkannya karena ukurannya yang kecil. Galaksi-galaksi primitif kecil ini jelas ada saat alam semesta masih sangat muda. Artinya, hal ini menunjukkan bahwa sudah cukup banyak galaksi yang terbentuk tidak lama setelah alam semesta lahir. Dengan beroperasinya James Webb, para astronom menyadari bahwa ada jauh lebih banyak galaksi yang ada sejak awal daripada yang diperkirakan. Mereka pun mulai memikirkan kembali mekanisme pembentukan galaksi pertama dari nol.
Selama sekian lama, para astronom berpendapat bahwa bintang dan galaksi tidak terbentuk tepat setelah Big Bang. Setelah alam semesta mulai mengembang dengan cepat pada awalnya, ada periode di mana tidak ada bintang maupun galaksi. Diperkirakan setidaknya dibutuhkan waktu sekitar 400 juta tahun hingga materi terkumpul dan bintang serta galaksi mulai terbentuk. Mereka percaya bahwa bintang pertama lahir 200 juta tahun setelah Big Bang, dan entitas yang bisa disebut galaksi baru terbentuk setelah 400 juta tahun. Bahwa 'fajar alam semesta', di mana bintang dan galaksi pertama lahir, telah berakhir dan era bintang serta galaksi telah dimulai.
Namun belakangan ini, James Webb secara beruntun menunjukkan bukti bahwa bintang dan galaksi sudah ada bahkan sebelum 'fajar' tersebut. Ini menyajikan kemungkinan mengejutkan bahwa alam semesta adalah dunia yang cukup matang sejak titik waktu yang jauh lebih awal dari perkiraan kita. Di tengah kondisi itulah, galaksi dengan pergeseran merah 32 ini ditemukan.
Ini adalah level yang sama sekali tidak pernah terpikirkan bisa diamati sebelumnya. Setelah menganalisis spektrum redup yang diamati James Webb dengan cermat, para astronom mengonfirmasi kemungkinan bahwa pergeseran merahnya mencapai angka ekstrem 32. Ini adalah galaksi yang 200 juta tahun lebih awal daripada pemegang rekor sebelumnya, MoM-z14. Apakah maksudnya galaksi sudah ada di alam semesta saat usianya baru 90 juta tahun? Galaksi purba ini diberi julukan 'Capotauro', diambil dari nama gunung di Italia.
Capotauro difoto menggunakan NIRcam James Webb dengan tujuh filter panjang gelombang dalam rentang inframerah dari F115W hingga F444W. Di antaranya, objek ini hanya terlihat pada panjang gelombang F444W dan F410M yang paling panjang. Objek ini sama sekali tidak terlihat pada filter dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari F356W. Hal ini berarti objek tersebut mengalami pergeseran merah yang sangat hebat sehingga panjang gelombangnya menjadi sangat ekstrem. Fenomena cahaya objek yang tiba-tiba terlihat lalu menghilang tergantung pada panjang gelombangnya disebut sebagai dropout. Dilihat dari dropout ekstrem di area inframerah pada gambar James Webb, bisa disimpulkan bahwa objek ini memiliki pergeseran merah yang sangat ekstrem. Jika melihat hasil pengamatan Teleskop Luar Angkasa Hubble yang memiliki panjang gelombang lebih pendek, objek ini sama sekali tidak terlihat di area cahaya tampak atau inframerah dekat yang umum.
Namun, karena objek ini sangat redup dan gelap, spektrumnya memiliki banyak noise. Dalam astronomi, spektrum galaksi dianalisis dengan cara berasumsi pada berbagai model bintang dengan beragam suhu dan komposisi kimia, lalu mencari asumsi mana yang paling sesuai dengan bentuk spektrum yang diamati. Dalam proses ini, digunakan berbagai algoritma fitting seperti BAGPIPES dan ZPHOT. Dalam analisis kali ini, karena sinyalnya sangat samar dan gelap, hasil yang keluar tidak pasti, terlepas dari algoritma yang digunakan.
Ada dua kemungkinan besar yang menjelaskan hasil pengamatan ini. Pertama, hipotesis bahwa ini adalah galaksi yang sangat terang yang ada di alam semesta awal tepat setelah Big Bang dengan pergeseran merah mencapai 32. Agar bisa terlihat redup sekalipun meskipun berada di ujung alam semesta yang dapat diamati, kecerahan aslinya harus luar biasa terang. Massanya saja harus setara dengan 1 miliar massa matahari, yang sebenarnya adalah ukuran yang tidak mungkin diharapkan ada di alam semesta awal. Untuk memiliki massa seberat ini, alam semesta setidaknya harus sudah berusia ratusan juta tahun.
Agar galaksi sebesar ini ada saat alam semesta baru berusia 90 juta tahun, bintang dan galaksi harus terbentuk dengan kecepatan sangat tinggi sejak awal penciptaan. Untuk pertumbuhan secepat kilat ini, secara teknis semua materi gas yang dikandung galaksi tersebut harus berubah menjadi bintang dengan efisiensi 100% dalam sekejap. Ini adalah hal yang mustahil dalam model saat ini.
Menurut model evolusi bintang umum, bintang pasti akan meledak suatu saat nanti. Apalagi di alam semesta awal, bintang lebih berat dan memiliki umur yang lebih pendek. Mereka harus menyelesaikan evolusi dan meledak lebih cepat. Ledakan supernova seperti ini akan memanaskan kembali suhu materi antarbintang di sekitarnya dan menghambat pembentukan bintang selanjutnya. Itulah sebabnya efisiensi gas yang berubah menjadi bintang di dalam galaksi biasanya terjaga di angka 10-20%. Untuk mencapai efisiensi ekstrem mendekati 100%, diperlukan asumsi bahwa bintang yang lahir di dalam galaksi tidak akan pernah meledak, dan ini sulit dibayangkan secara akal sehat.
Kemungkinan lain adalah bahwa ini merupakan contoh ekstrem dari LRD (Little Red Dots), bintik merah kecil dan redup yang baru-baru ini sering tertangkap oleh James Webb. James Webb terus menemukan LRD tersembunyi di setiap sudut foto, dan para astronom belum mengetahui apa identitasnya. Mungkin itu adalah galaksi primitif yang tersembunyi oleh debu tebal di ujung alam semesta, atau bisa jadi jenis objek yang sama sekali berbeda yang disebut 'black hole star', yakni objek yang hanya berisi lubang hitam supermasif di dalam kulit gas berdensitas tinggi. Namun, bahkan jika Capotauro adalah black hole star, keberadaannya pada saat yang sedini itu tetap tidak dapat dijelaskan.
Ada hipotesis lain yang menjelaskan kemungkinan kedua. Karena noise pada data pengamatan yang sangat tinggi, fitting spektrum juga memberikan kemungkinan yang sama sekali berbeda. Yaitu kemungkinan bahwa ini adalah galaksi yang sedikit lebih biasa dengan pergeseran merah yang jauh lebih kecil, yakni sekitar 10. Bisa jadi ini adalah galaksi aktif yang berada pada jarak yang relatif dekat, dikelilingi oleh debu tebal dengan lubang hitam besar dan ganas di pusatnya. Namun, dropout ekstrem di mana objek tiba-tiba tidak terlihat di area inframerah dengan panjang gelombang yang sangat panjang tidak dapat dijelaskan dengan mudah hanya dengan model galaksi aktif ini.
Bahkan ada kemungkinan yang lebih sepele. Bisa jadi itu hanyalah kesalahan dalam mengidentifikasi katai cokelat atau planet pengembara yang redup yang melayang di ruang angkasa tepat di depan mata kita, di dalam Bima Sakti. Faktanya, bintang gelap dan merah yang melayang di dekat kita ini sering kali meniru galaksi di ujung alam semesta. Karena komposisi atmosfer katai cokelat atau planet pengembara, ada kemungkinan intensitas cahaya tiba-tiba melemah di bagian spektrum tertentu, sehingga terlihat seperti dropout ekstrem. Secara ekstrem, jika itu adalah bintang tipe Y dengan suhu permukaan hanya sekitar 300K (suhu Bumi!), itu bisa menjelaskan spektrum serupa. Ini adalah gangguan yang harus selalu diwaspadai oleh para astronom yang mencoba mencari galaksi primitif alam semesta awal.
Identitas Capotauro benar-benar ambigu, sama seperti spektrumnya. Dan ia sangat ekstrem. Entah itu galaksi primitif awal yang menyimpan wujud termuda dan paling kikuk dari alam semesta saat usianya baru 90 juta tahun, ataukah itu hanya katai cokelat yang suam-suam kuku yang melayang di ruang angkasa hanya 50 tahun cahaya dari Bumi.
Untuk mengetahui apakah Capotauro adalah galaksi, planet, atau bintang pengembara, kita harus mendapatkan spektrum yang lebih jelas. Tentu saja, karena jaraknya yang jauh dan cahayanya sendiri redup, diperlukan lebih banyak pengamatan untuk mendapatkan spektrum yang berarti. Namun, karena James Webb sangat populer dan persaingan ketat, secara realistis sulit untuk menghabiskan waktu lebih lama dari orang lain hanya untuk mengamati satu cahaya redup yang datang dari jarak jauh.
Hal yang lebih membingungkan adalah karena objek ini sejak awal hanya terlihat di area inframerah dengan panjang gelombang yang sangat panjang, ia tidak terlihat oleh teleskop lain termasuk Teleskop Luar Angkasa Hubble. Satu-satunya alat yang bisa melihat objek ini adalah James Webb. Oleh karena itu, apakah kita bisa mengungkap identitas objek ini sangat bergantung pada seberapa sering James Webb mengamatinya di masa depan.
Referensi
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250901664G/abstract
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Saat masih kecil, ia menonton 'Galaxy Express 999' dan memiliki mimpi untuk memperkenalkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia bekerja sebagai asisten profesor di Sejong University di divisi liberal arts, dan melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Setiap Hari Sepotong Alam Semesta', 'Para Ilmuwan di Alam Semesta yang Berbintang', 'Tidak Bisa Pergi Tapi Bisa Tahu', dan 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta', serta menerjemahkan buku-buku seperti 'Panduan Hitchhiker untuk Menjelajahi Alam Semesta yang Sesungguhnya', 'Bagaimana Saya Membunuh Pluto', 'Quantum Life', dan 'Cosmigraphics'.