Radiasi Lyman-Alpha Membuat Galaksi Awal Terang

Teleskop Antariksa James Webb menemukan keanehan di foto alam semesta purba: terlalu banyak galaksi awal terang yang muncul hanya 400 hingga 500 juta tahun setelah Big Bang. Menurut pemahaman selama ini, galaksi seterang itu seharusnya jauh lebih langka pada masa semuda itu. Kini, dua peneliti mengajukan penjelasan yang masuk akal.

Penelitian berjudul “Lya Radiation Pressure in Dense Star Clusters: Implications for Star Formation and Winds at Cosmic Dawn” itu diterbitkan di The Astrophysical Journal. Penulisnya adalah Shyam H. Menon, peneliti di Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, dan Aaron Smith, asisten profesor fisika di University of Texas at Dallas.

Menurut mereka, biang keladinya adalah radiasi ultraviolet Lyman-alpha yang dihasilkan gugus bintang muda yang sangat padat. Radiasi itu bekerja seperti peniup daun: mendorong gas dan debu yang menghalangi cahaya keluar dari galaksi, sehingga bintang-bintang di dalamnya tampak jauh lebih terang dari Bumi.

Pengamatan James Webb di bidang yang mengalami pelensaan gravitasi menunjukkan galaksi pada masa fajar kosmik memusatkan pembentukan bintangnya dalam gugus bintang yang sangat padat dan kompak. Lingkungan kelahiran yang padat dan miskin logam itu membuat tekanan radiasi Lyman-alpha berpotensi besar memengaruhi pembentukan dan evolusi galaksi.

Galaksi Awal Terang dan Radiasi Lyman-Alpha

Lyman-alpha dihasilkan ketika elektron pada atom hidrogen berpindah dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar. Karena hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta, radiasi ini menjadi cara penting untuk mengintip galaksi-galaksi paling awal, termasuk medium antarbintang dan medium antargalaksi di sekitarnya.

Yang membuat Lyman-alpha istimewa adalah siklus serap dan pancar ulangnya yang nyaris seketika. Atom hidrogen menyerap radiasi itu lalu memancarkannya kembali hampir langsung, dan proses itu berulang terhadap atom hidrogen lain. Siklus inilah yang memberi Lyman-alpha kemampuan mendorong gas hidrogen, sekaligus menjadikannya alat diagnosis yang kuat bagi para astrofisikawan.

Menon dan Smith tidak mencoba mensimulasikan proses itu dari nol. Mereka mengambil potongan-potongan dari simulasi hidrodinamika radiasi yang sudah ada, lalu menghitung gaya yang diperlukan untuk menjelaskan potongan tersebut dengan kode COLT Monte Carlo. COLT adalah singkatan dari Cosmic Lyman-alpha Transfer, dan Smith adalah pencipta awal kode tersebut.

Hasilnya menunjukkan radiasi Lyman-alpha tidak cukup kuat untuk meniup gas di kawasan pembentuk bintang yang paling padat, karena gravitasi gas padat di filamen-filamen itu terlalu kuat. Namun di luar filamen padat tersebut, radiasi itu cukup kuat untuk meniup gas yang lebih renggang beserta debunya.

Menon menggambarkannya dengan sederhana: radiasi Lyman-alpha bisa mendorong gas dan debu berdensitas rendah dengan sangat cepat, menyibak kabut sehingga bintang-bintang di alam semesta awal terlihat jauh lebih jelas. Temuan ini membantu menjelaskan mengapa James Webb melihat begitu banyak galaksi terang pada masa ketika alam semesta baru berusia ratusan juta tahun. Baca juga kabar antariksa lainnya di Astronaut Artemis II Victor Glover: Melihat Bumi dari Bulan.

Apa poin penting dari berita ini?

• Teleskop James Webb menemukan galaksi awal terang yang berlimpah hanya 400-500 juta tahun setelah Big Bang.
• Peneliti Shyam H. Menon dan Aaron Smith menjelaskan fenomena itu lewat tekanan radiasi Lyman-alpha.
• Radiasi dari gugus bintang muda yang padat menyibak gas dan debu yang menghalangi cahaya galaksi.
• Penelitian mereka diterbitkan di The Astrophysical Journal.