Oleh Kento Iwamura
TOKYO (Kyodo) — Sebuah teori umum menyatakan bahwa beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang membawa segala sesuatu ke dalam eksistensi sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, alam semesta terutama terdiri dari hidrogen dan helium sebelum unsur-unsur yang lebih berat terbentuk.
Namun, sebuah tim penelitian Jepang telah menjadi pelopor dalam menemukan keberadaan unsur-unsur berat seperti nitrogen, serta lubang hitam supermasif yang ada ketika terjadi pembentukan bintang-bintang secara aktif, menggulingkan prediksi dari studi sebelumnya dan memperluas batas-batas pengetahuan manusia lebih jauh lagi.
Instrumen kunci dalam menemukan temuan-temuan ini adalah Teleskop Luar Angkasa James Webb, kadang disebut JWST, dari Administrasi Penerbangan Antariksa Nasional di Amerika Serikat.
JWST mulai beroperasi pada tahun 2022, dan gudang data observasional tentang era primitif alam semesta yang telah diakses oleh para ilmuwan merevolusi astronomi.
“Tahun lalu telah melihat perkembangan dalam studi awal alam semesta yang belum pernah terjadi dalam 20 tahun terakhir,” kata Masami Ouchi, seorang profesor di Institut Penelitian Sinar Kosmik di Universitas Tokyo dan anggota proyek, dalam sebuah wawancara baru-baru ini dengan Kyodo News.
Alam semesta awal dapat diamati dengan mencari kuasar — objek langit yang paling terang dan paling kuat yang dikenal di alam semesta. Namun, emisi cahayanya, yang didukung oleh lubang hitam supermasif dengan bobot satu juta hingga miliar kali massa Matahari, memerlukan waktu untuk mencapai Bumi.
Mengamati benda langit yang berjarak lebih dari 13 miliar tahun cahaya, misalnya, berarti bahwa kita melihatnya seperti yang terjadi 13 miliar tahun yang lalu.
Namun, hingga saat ini, cahaya yang dipancarkan dari galaksi-galaksi jauh sulit untuk diamati, karena panjang gelombangnya meregang ke spektrum inframerah dengan ekspansi alam semesta yang konstan dan diserap oleh atmosfer Bumi, membuat deteksi dengan teleskop besar hampir tidak mungkin sebelum JWST mulai beroperasi.
JWST, yang mengapung dalam orbit matahari sekitar 1,5 juta kilometer dari Bumi dan dirancang untuk membantu ilmuwan melakukan studi astrologi inframerah, dapat melihat sumber cahaya yang jauh dengan kemampuan spektroskopi beresolusi tinggi dan sensitivitas tinggi.
Ilmuwan percaya bahwa kelimpahan hidrogen dan helium diciptakan oleh Big Bang, sementara unsur-unsur yang lebih berat, seperti nitrogen dan karbon, diciptakan oleh fusi nuklir di dalam bintang-bintang yang baru lahir, dengan sebagian kecil kemudian tersebar melalui ruang antarbintang oleh ledakan supernova ketika bintang-bintang mati.
Namun, pada bulan Desember 2023, institut dan Observatorium Astronomi Nasional Jepang mengumumkan bahwa rasio intensitas nitrogen sebenarnya lebih tinggi dari yang diharapkan dibandingkan dengan karbon dan oksigen yang sama beratnya dalam tiga galaksi yang diambil oleh JWST 400 hingga 900 juta tahun setelah Big Bang — dengan demikian meragukan teori yang ada.
Jika tersebar oleh bintang-bintang yang meledak, unsur-unsur berat selain nitrogen seharusnya hadir dalam kelimpahan.
Tim institut percaya bahwa mungkin saja karena beberapa mekanisme yang tidak diketahui, hanya unsur-unsur di lapisan luar bintang kaya nitrogen yang dilepaskan, atau bahwa banyak bintang tidak meledak sama sekali tetapi malah runtuh karena gravitasinya sendiri, dalam beberapa kasus menjadi lubang hitam tanpa melepaskan karbon dan oksigen di dalamnya.
Untuk mendukung teori ini, sebuah makalah lain dari institut menunjukkan kemungkinan bahwa alam semesta 1 hingga 2 miliar tahun setelah Big Bang mungkin memiliki beberapa lubang hitam supermasif, 50 kali lebih besar dari yang sebelumnya diyakini.
“Awal alam semesta mungkin dipenuhi dengan lubang hitam,” kata Yuki Isobe, seorang mahasiswa doktoral di institut tersebut.
Pada bulan Desember 2023, pemimpin proyek Yuichi Harikane, seorang asisten profesor di institut tersebut, dan rekan-rekannya mengumumkan bahwa mereka telah menemukan dua galaksi yang ada sekitar 400 juta tahun setelah alam semesta terbentuk. Ini membawa total jumlah galaksi yang telah mereka identifikasi dalam epoch yang sama menjadi lima, jauh melampaui prediksi teoritis yang dibuat sebelum peluncuran JWST.
Berdasarkan kecerahan galaksi yang mereka amati, para peneliti menemukan bahwa bintang-bintang sedang terbentuk dengan kecepatan empat kali lebih cepat dari yang sebelumnya diyakini.
“Kami pikir harus ada beberapa mekanisme yang secara aktif memproduksi bintang-bintang di alam semesta awal,” kata Harikane.
“Dawn kosmik’ jauh lebih terang dari yang kita harapkan,” katanya, merujuk pada era yang segera setelah Big Bang ketika alam semesta berubah dari keadaan gelap menjadi yang memiliki pembentukan benda langit yang terang.
Harikane menambahkan, “Jika kita bisa mengamati lebih jauh ke jarak, kita bisa melihat sekilas alam semesta di mana generasi pertama galaksi terbentuk.”
Mainichi Japan
