Mengungkap Misteri Tertua Alam Semesta Dengan Webb

Para astronom Rutgers mencari petunjuk tentang awal mula alam semesta.

Dengan menggunakan kumpulan data besar yang dikumpulkan melalui Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA, tim peneliti yang dipimpin oleh para astronom Universitas Rutgers – New Brunswick menemukan petunjuk tentang kondisi yang ada di awal alam semesta.

Tim tersebut telah mengkatalogkan usia bintang-bintang di galaksi Wolf–Lundmark–Melotte (WLM), sehingga menghasilkan gambaran paling detail, menurut para peneliti. WLM, tetangga Bima Saktimerupakan pusat aktif pembentukan bintang yang mencakup bintang-bintang purba yang terbentuk 13 miliar tahun yang lalu.

Penggalian Arkeologi Melalui Kosmos

“Dengan melihat secara mendalam dan melihat dengan sangat jelas, kita dapat secara efektif kembali ke masa lalu,” kata Kristen McQuinn, asisten profesor di Departemen Fisika dan Astronomi di Sekolah Seni dan Sains, yang memimpin penelitian tersebut. penelitian, dijelaskan dalam Jurnal Astrofisika. “Pada dasarnya Anda melakukan semacam penggalian arkeologi untuk menemukan bintang bermassa sangat rendah yang terbentuk pada awal sejarah alam semesta.”

McQuinn memuji cluster komputasi kinerja tinggi Amarel yang dikelola oleh Rutgers Office of Advanced Research Computing karena memungkinkan tim menghitung sejarah perkembangan bintang di galaksi. Salah satu aspek penelitian ini melibatkan melakukan satu perhitungan besar dan mengulanginya sebanyak 600 kali, kata McQuinn.

Upaya komputasi besar-besaran juga membantu memastikan kalibrasi teleskop dan prosedur pemrosesan data yang akan bermanfaat bagi komunitas ilmiah yang lebih luas, tambahnya.

Pentingnya Galaksi Bermassa Rendah

Apa yang disebut galaksi “bermassa rendah” menjadi perhatian khusus McQuinn. Karena diyakini mendominasi alam semesta awal, mereka memungkinkan para peneliti mempelajari pembentukan bintang, evolusi unsur kimia, dan dampak pembentukan bintang terhadap gas dan struktur galaksi. Samar dan tersebar di langit, mereka merupakan mayoritas galaksi di alam semesta lokal. Teleskop canggih seperti Webb memungkinkan para ilmuwan untuk melihat lebih dekat.

WLM – sebuah galaksi “tidak beraturan”, artinya tidak memiliki bentuk yang berbeda, seperti spiral atau elips – ditemukan oleh astronom Jerman Max Wolf pada tahun 1909 dan dikarakterisasi secara lebih rinci pada tahun 1926 oleh astronom Swedia Knut Lundmark dan astronom Inggris Philibert Jacques Melotte. Letaknya di pinggiran Grup Lokal, sekelompok galaksi berbentuk halter yang mencakup Bima Sakti.

Berada di tepi Grup Lokal telah melindungi WLM dari dampak buruk percampuran dengan galaksi lain, menjadikan populasi bintangnya murni dan berguna untuk penelitian, kata McQuinn. WLM juga menarik bagi para astronom karena merupakan sistem yang dinamis dan kompleks dengan banyak gas, sehingga memungkinkannya untuk secara aktif membentuk bintang.

Formasi Bintang di Galaksi WLM

Untuk menguraikan sejarah pembentukan bintang di galaksi – kecepatan kelahiran bintang dalam periode waktu berbeda di alam semesta – McQuinn dan timnya menggunakan teleskop untuk dengan susah payah membidik petak langit yang berisi ratusan ribu bintang. Untuk menentukan usia sebuah bintang, mereka mengukur warnanya – yang mewakili suhunya – dan kecerahannya.

“Kita dapat menggunakan apa yang kita ketahui tentang evolusi bintang serta warna dan kecerahan yang ditunjukkannya untuk menentukan usia bintang-bintang di galaksi,” kata McQuinn, seraya menambahkan bahwa para peneliti kemudian menghitung bintang-bintang dari berbagai usia dan memetakan tingkat kelahiran bintang-bintang tersebut. sepanjang sejarah. semesta. “Apa yang Anda dapatkan pada akhirnya adalah gambaran berapa umur struktur yang Anda lihat.”

Pengkatalogan bintang dengan cara ini menunjukkan kepada para peneliti bahwa kemampuan WLM untuk menghasilkan bintang mengalami pasang surut seiring berjalannya waktu. Pengamatan tim, yang mengkonfirmasi penilaian sebelumnya oleh para ilmuwan yang menggunakannya Teleskop Luar Angkasa Hubble, menunjukkan bahwa galaksi menghasilkan bintang pada awal sejarah alam semesta selama periode 3 miliar tahun. Berhenti sejenak, lalu muncul kembali.

McQuinn mengatakan dia yakin jeda tersebut disebabkan oleh kondisi khusus yang terjadi pada awal alam semesta.

“Alam semesta sangat panas saat itu,” katanya. “Kami pikir suhu alam semesta pada akhirnya akan memanaskan gas di galaksi-galaksi ini dan menghentikan pembentukan bintang untuk sementara waktu. Periode pendinginan berlangsung selama beberapa miliar tahun dan kemudian pembentukan bintang kembali terjadi.”

Penelitian ini merupakan bagian dari NASAProgram Rilis Awal, di mana para ilmuwan yang ditunjuk bekerja dengan Institut Sains Teleskop Luar Angkasa dan melakukan penelitian yang dirancang untuk menyoroti kemampuan Webb dan membantu para astronom mempersiapkan pengamatan di masa depan.

NASA meluncurkan teleskop Webb pada Desember 2021. Instrumen cermin besar ini mengorbit Matahari satu juta mil jauhnya dari Bumi. Para ilmuwan berebut waktu di teleskop untuk mempelajari sejumlah topik termasuk kondisi awal alam semesta, sejarah tata surya, dan pencarian exoplanet.

“Ada banyak ilmu pengetahuan yang akan dihasilkan dari program ini yang belum terlaksana,” kata McQuinn.

Referensi: “Program Sains Rilis Awal Populasi Bintang Terselesaikan JWST. IV. Sejarah Terbentuknya Grup Lokal Bintang Galaksi WLM” oleh Kristen. BW McQuinn, Max JB Newman, Alessandro Savino, Andrew E. Dolphin, Daniel R. Weisz, Benjamin F. Williams, Martha L. Boyer, Roger E. Cohen, Matteo Correnti, Andrew A. Cole, Marla C. Geha, Mario Gennaro , Nitya Kallivayalil, Karin M. Sandstrom, Evan D. Skillman, Jay Anderson, Alberto Bolatto, Michael Boylan-Kolchin, Christopher T. Garling, Karoline M. Gilbert, Leo Girardi, Jason S. Kalirai, Alessandro Mazzi, Giada Pastorelli, Hannah Richstein dan Jack T. Warfield. Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad1105

Peneliti Rutgers lainnya dalam penelitian ini termasuk Max Newman, seorang mahasiswa doktoral, dan Roger Cohen, seorang rekan pascadoktoral, keduanya di Departemen Fisika dan Astronomi, Sekolah Seni dan Sains Rutgers.

Ilmuwan lain yang terlibat dalam penelitian ini berasal dari institusi antara lain: University of California–Berkeley; Teknologi Raytheon; Universitas Arizona; Itu Universitas Washington; Institut Sains Teleskop Luar Angkasa di Baltimore, Md.; Observatorium Astronomi Institut Astrofisika Nasional di Roma, Italia; Pusat Data Ilmu Luar Angkasa, Roma, Italia; Universitas Tasmania, Australia; Universitas Yale; Universitas Johns Hopkins; Universitas Virginia; Universitas California – San Diego; Universitas Minnesota; Universitas Maryland; Universitas Texas – Austin; dan Observatorium Astronomi Padova, Padova, Italia.