Penyelidik di Penn State, menggunakan Teleskop Angkasa James Webb NASA, telah mengenal pasti galaksi purba, padat padat dengan lubang hitam besar di alam semesta awal, mencabar model semasa galaksi dan evolusi lubang hitam supermasif.
Pasukan saintis antarabangsa yang diketuai oleh penyelidik di Penn State University telah membuat penemuan terobosan yang mencabar teori konvensional tentang pembentukan dan evolusi galaksi serta lubang hitam supermasifnya. Menggunakan Teleskop Angkasa James Webb (JWST) NASA, pasukan itu mengenal pasti tiga objek luar biasa padat dan bercahaya di alam semesta awal, hanya wujud 600-800 juta tahun selepas Big Bang. Penemuan yang mengejutkan ini diterbitkan pada 27 Jun dalam Surat Jurnal Astrofizik.
Objek-objek ini, yang digelar "titik merah kecil" oleh penyelidik, mendedahkan tandatangan bintang purba dan lubang hitam besar jauh melebihi apa yang diramalkan oleh model sedia ada untuk peringkat awal evolusi alam semesta. Penemuan menunjukkan bahawa galaksi awal ini dan lubang hitam besarnya mungkin telah berkembang pada kadar yang tidak dijangka dengan cepat, menimbulkan persoalan baharu tentang asal usulnya.
Kredit: Bingjie Wang/Penn State dan JWST/NIRSpec.
"Kami telah mengesahkan bahawa ini nampaknya dipenuhi dengan bintang purba - beratus juta tahun - dalam alam semesta yang hanya berusia 600-800 juta tahun. Hebatnya, objek ini memegang rekod untuk tandatangan terawal cahaya bintang lama,” kata Bingjie Wang, seorang sarjana pasca doktoral di Penn State dan pengarang utama kajian itu, dalam Siaran akhbar. "Ia benar-benar tidak dijangka untuk mencari bintang lama di alam semesta yang sangat muda. Model piawai kosmologi dan pembentukan galaksi telah sangat berjaya, namun, objek bercahaya ini tidak sesuai dengan selesa ke dalam teori tersebut."
. penemuan awal telah dibuat pada Julai 2022, berikutan pengeluaran data awal daripada JWST. Analisis spektrum berikutnya terhadap cahaya yang dipancarkan oleh objek ini mendedahkan bahawa mereka mempunyai lubang hitam supermasif, dianggarkan 100 hingga 1,000 kali lebih besar daripada yang ada di Bima Sakti. Penemuan ini sangat berbeza dengan model semasa yang menganggap galaksi dan lubang hitamnya tumbuh bersama selama berbilion tahun.
"Ia sangat mengelirukan," kata Joel Leja, penolong profesor astronomi dan astrofizik di Penn State dan pengarang bersama kedua-dua kajian, dalam siaran berita. "Anda boleh membuat ini tidak selesa sesuai dalam model alam semesta semasa kami, tetapi hanya jika kami membangkitkan pembentukan eksotik dan sangat pantas pada permulaan masa. Ini, tanpa ragu-ragu, set objek yang paling pelik dan menarik yang pernah saya lihat dalam kerjaya saya.”
Saiz padat sistem ini - hanya beberapa ratus tahun cahaya - sangat berbeza dengan populasi bintang mereka yang besar, yang berjulat antara 10 bilion dan 1 trilion bintang. Ketumpatan ini jauh melebihi ketumpatan Bima Sakti, menunjukkan keadaan yang belum pernah terjadi sebelumnya dan kadar pembentukan bintang di alam semesta awal.
"Galaksi awal ini akan menjadi sangat padat dengan bintang - bintang yang pasti terbentuk dengan cara yang tidak pernah kita lihat, dalam keadaan yang tidak pernah kita jangkakan dalam tempoh yang kita tidak pernah jangka untuk melihatnya," tambah Leja. "Dan atas sebab apa pun, alam semesta berhenti membuat objek seperti ini selepas hanya beberapa bilion tahun. Mereka unik kepada alam semesta awal.”
Keupayaan revolusioner JWST, terutamanya instrumen penderiaan inframerahnya, telah membolehkan saintis melihat kembali ke sekitar 13.5 bilion tahun, memberikan pandangan tentang peringkat permulaan alam semesta. Walau bagaimanapun, membezakan antara cahaya dari bintang dan lubang hitam supermasif kekal sebagai cabaran yang penting, meninggalkan banyak perkara yang perlu ditemui tentang objek unik ini.
“Membezakan antara cahaya daripada bahan yang jatuh ke dalam lubang hitam dan cahaya yang dipancarkan daripada bintang dalam objek kecil dan jauh ini adalah mencabar. Ketidakupayaan untuk memberitahu perbezaan dalam set data semasa memberikan ruang yang luas untuk tafsiran objek yang menarik ini. Sejujurnya, ia sangat mendebarkan untuk mengetahui banyak lagi misteri ini,” tambah Wang.
Pasukan penyelidik bertujuan untuk menjalankan pemerhatian lanjut untuk membantu menguraikan sifat misteri galaksi awal ini, menggunakan spektrum yang lebih dalam untuk mengasingkan sumbangan daripada bintang dan lubang hitam.
“Ada satu lagi cara yang boleh kita lakukan untuk mencipta kejayaan, dan itu adalah idea yang tepat,” tambah Leja. "Kami mempunyai semua kepingan teka-teki ini, dan ia hanya sesuai jika kita mengabaikan fakta bahawa sebahagian daripadanya pecah. Masalah ini boleh diterima oleh strok genius yang setakat ini mengelak kami, semua rakan usaha sama kami dan seluruh komuniti saintifik."
Disokong oleh program Pemerhati Umum NASA dan Institut Sains Angkasa Antarabangsa di Bern, penyelidikan ini mempamerkan potensi JWST yang tiada tandingan dalam merungkai misteri terawal kosmos. Apabila para saintis terus menganalisis penemuan yang tidak dijangka ini, masa awal alam semesta menjadi tempoh kajian yang lebih menarik.