Sejak jaman dahulu kala, para filsuf dan cendekiawan telah merenungkan permulaan waktu dan bahkan mencoba untuk menentukan kapan segala sesuatu berawal. Barulah di zaman astronomi modern kita hampir bisa menjawab pertanyaan-pertanyan itu dengan tingkat kepastian yang layak.
Menurut model kosmologis yang diterima secara luas, alam semesta dimulai dengan Bang Bang kira-kira 13,8 miliar tahun yang lalu.
Meskipun demikian, para astronom masih belum yakin seperti apa alam semesta awal, karena periode ini bertepatan dengan “Zaman Kegelapan” kosmik. Oleh karena itu, para astronom terus meningkatkan kemampuan instrumen mereka untuk melihat kapan galaksi paling awal terbentuk.
Berkat penelitian terbaru oleh tim astronom internasional, galaksi tertua dan terjauh yang teramati di alam semesta kita hingga saat ini (GN-z11), telah teridentifikasi.
Tim, yang penelitiannya baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Nature Astronomy, dipimpin oleh Linhua Jiang dari Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics dan Prof. Nobunari Kashikawa dari University of Tokyo.
Mereka bergabung dengan para peneliti dari Observatorium Carnegie Institution for Science, Steward Observatory, Geneva Observatory, Peking University, dan University of Tokyo.
Sederhananya, Zaman Kegelapan kosmik dimulai sekitar 370 ribu tahun setelah Big Bang dan berlanjut selama 1 miliar tahun lagi.
Pada saat ini, satu-satunya sumber cahaya adalah foton yang dilepaskan sebelumnya – yang masih dapat dideteksi hingga hari ini sebagai Cosmic Microwave Background (CMB) – dan yang dilepaskan oleh atom hidrogen netral. Cahaya foton-foton ini sangat bergeser disebabkan oleh perluasan alam semesta, sehingga tidak terlihat oleh kita saat ini.
Efek ini dikenal sebagai “pergeseran merah” (redshift), di mana panjang gelombang cahaya memanjang (atau “bergeser” ke arah merah ujung spektrum) saat ia melewati kosmos yang terus mengembang dalam perjalanannya untuk mencapai kita.
Untuk objek yang bergerak lebih dekat ke galaksi kita, efeknya terbalik, dengan panjang gelombang yang memendek dan bergeser ke arah ujung biru spektrum (alias “pergeseran biru”/blueshift).
Selama hampir satu abad, para astronom telah menggunakan efek ini untuk menentukan jarak galaksi dan laju perluasan alam semesta. Dalam hal ini, tim peneliti menggunakan teleskop Keck I di Maunakea, Hawaii, untuk mengukur pergeseran merah GN-z11 guna menentukan jaraknya.
Hasil yang mereka peroleh menunjukkan bahwa ia adalah galaksi terjauh (dan tertua) yang pernah diamati. Seperti yang dijelaskan Kashikawa dalam siaran pers Universitas Tokyo :
“Dari studi sebelumnya, galaksi GN-z11 tampaknya menjadi galaksi terjauh yang dapat dideteksi dari kita, pada 13,4 miliar tahun cahaya, atau 134 noniliun kilometer (134 diikuti 30 nol). Namun mengukur dan memverifikasi jarak tersebut tidaklah mudah. tugas.”
Secara khusus, tim tersebut memeriksa garis emisi karbon yang berasal dari GN-z11, yang berada dalam kisaran ultraviolet ketika mereka meninggalkan galaksi dan bergeser dengan faktor 10 – ke inframerah (0,2 mikrometer) – pada saat mencapai Bumi.
Tingkat pergeseran merah ini menunjukkan bahwa galaksi ini sudah ada, seperti yang diamati kira-kira 13,4 miliar tahun yang lalu – alias hanya 400 juta tahun setelah Big Bang.
Pada jarak ini, GN-z11 sangat jauh sehingga mendefinisikan batas dari Alam Semesta yang dapat diamati itu sendiri! Sementara galaksi ini telah diamati di masa lalu (oleh teleskop Hubble ), dibutuhkan upaya penyelesaian dan kemampuan spektroskopi dari Observatorium Keck untuk menciptakan sebuah pengukuran yang akurat.
Ini dilakukan sebagai bagian dari survei Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE), yang menangkap garis emisi dari GN-z11 secara rinci.
Ini memungkinkan tim untuk menghasilkan perkiraan jarak untuk galaksi ini yang ditingkatkan dengan faktor 100 dari setiap pengukuran yang dilakukan sebelumnya. Kashikawa mengatakan:
“Teleskop Luar Angkasa Hubble mendeteksi sidik jari beberapa kali dalam spektrum GN-z11. Bagaimanapun, bahkan Hubble tidak dapat menyelesaikan garis emisi ultraviolet ke tingkat yang kami butuhkan. Jadi kami beralih ke spektograf berbasis daratan yang lebih mutakhir, sebuah instrumen untuk mengukur garis emisi, yang disebut MOSFIRE, yang terpasang pada teleskop Keck I di Hawaii.”
Jika pengamatan selanjutnya dapat mengonfirmasi hasil studi terbaru ini, maka para astronom dapat mengatakan dengan pasti bahwa GN-z11 adalah galaksi terjauh yang pernah diamati. Melalui studi objek seperti ini, para astronom berharap dapat menjelaskan periode sejarah kosmik ketika alam semesta baru berusia beberapa ratus juta tahun.
Periode ini bertepatan dengan Semesta mulai muncul dari “Zaman Kegelapan”, ketika bintang dan galaksi pertama terbentuk dan mengisi awal Semesta dengan cahaya tampak.
Dengan mempelajari ini, para astronom berharap dapat mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana struktur skala besar alam semesta berevolusi selanjutnya. Ini akan dibantu oleh teleskop generasi berikutnya seperti James Webb Space Telescope (JWST) – dijadwalkan meluncur pada 31 Oktober 2021.
Instrumen ini bahkan akan memungkinkan para astronom untuk dapat mempelajari “Zaman Kegelapan” itu sendiri, saat satu-satunya cahaya non-CMB adalah garis putar hidrogen netral – dalam panjang gelombang microwave jauh (21 cm).
Untuk dapat menyelidiki awal mula Alam Semesta itu sendiri dan menyaksikan saat bintang dan galaksi pertama terbentuk. Betapa menyenangkannya saat itu!
Pengamatan yang memungkinkan penelitian ini, dilakukan di bawah program pertukaran waktu antara Keck Observatory dan Subaru Telescope di Maunakea, Hawaii.
Artikel ini pertama kali diterbitkan oleh Universe Today. Baca artikel aslinya.
