Massa besar yang selama ini tersembunyi

Dibandingkan dengan IMF yang menyerupai Bima Sakti, galaksi-galaksi tersebut memiliki jauh lebih banyak bintang bermassa rendah dan bercahaya redup. Bintang-bintang seperti ini hanya memberikan kontribusi kecil terhadap cahaya total galaksi, tetapi jumlahnya dapat menyumbang bagian besar dari massa bintang.

Artinya, perkiraan massa yang dibuat dengan mengasumsikan IMF ala Bima Sakti berisiko terlalu rendah. Pada dua objek tertua dalam sampel—yang diidentifikasi sebagai keturunan langsung galaksi-galaksi “mustahil terlalu dini” yang ditemukan JWST—penggunaan IMF hasil pengukuran meningkatkan estimasi massa bintang hingga tiga sampai empat kali lipat.

Mengapa temuan ini memperumit teka-teki galaksi awal?

JWST telah menemukan galaksi masif dan berevolusi pada masa alam semesta yang sangat muda, termasuk sistem quiescent yang telah dikonfirmasi secara spektroskopis sekitar 1,25 miliar tahun setelah Dentuman Besar. Perakitan massa yang begitu cepat sudah menjadi tantangan bagi model pembentukan galaksi.

Jika populasi bintang pada galaksi-galaksi awal itu juga memiliki IMF yang lebih bottom-heavy, massanya ternyata lebih besar daripada perkiraan sebelumnya. Dengan demikian, galaksi tersebut harus mengumpulkan lebih banyak massa bintang dalam waktu yang bahkan lebih singkat—sehingga ketegangan dengan model pembentukan galaksi justru semakin kuat, bukan terselesaikan.

Namun, hubungan dengan galaksi yang diamati dalam sekitar 500 juta tahun pertama setelah Dentuman Besar masih merupakan ekstrapolasi. Penelitian ini secara langsung memberikan pengukuran IMF yang kuat pada galaksi dengan z sekitar 0,7, bukan pengukuran langsung pada galaksi dengan z lebih dari sekitar 10.

Apakah jumlah planet di alam semesta awal juga lebih banyak?

Bintang bermassa rendah dapat bertahan sangat lama dan menjadi kandidat utama bagi sistem keplanetan yang berumur panjang. Jika pembentukan bintang yang lebih bottom-heavy memang umum terjadi di alam semesta muda, jumlah bintang kecil—dan secara potensial jumlah sistem planet yang terbentuk pada masa awal—bisa lebih banyak daripada perkiraan berdasarkan IMF Bima Sakti.

Meski demikian, penelitian ini tidak mengukur secara langsung frekuensi kemunculan planet. Implikasi tersebut masih berupa konsekuensi yang mungkin dari ditemukannya populasi bintang bermassa rendah yang lebih besar.

Langkah berikutnya

Para peneliti berencana menerapkan teknik spektroskopi ultra-dalam dengan cakupan panjang gelombang luas yang sama pada galaksi dengan redshift semakin tinggi. Target akhirnya adalah mendekati masa ketika bintang-bintang pertama terbentuk.

Pada jarak kosmik yang lebih jauh, pergeseran cahaya membuat fitur spektrum yang sensitif terhadap IMF berpindah ke panjang gelombang inframerah yang masih dapat diamati JWST. Pengamatan lanjutan akan menguji apakah kelebihan bintang bermassa rendah juga menjadi ciri galaksi-galaksi paling awal di alam semesta.

Massa besar yang selama ini tersembunyi

Dibandingkan dengan IMF yang menyerupai Bima Sakti, galaksi-galaksi tersebut memiliki jauh lebih banyak bintang bermassa rendah dan bercahaya redup. Bintang-bintang seperti ini hanya memberikan kontribusi kecil terhadap cahaya total galaksi, tetapi jumlahnya dapat menyumbang bagian besar dari massa bintang.

Artinya, perkiraan massa yang dibuat dengan mengasumsikan IMF ala Bima Sakti berisiko terlalu rendah. Pada dua objek tertua dalam sampel—yang diidentifikasi sebagai keturunan langsung galaksi-galaksi “mustahil terlalu dini” yang ditemukan JWST—penggunaan IMF hasil pengukuran meningkatkan estimasi massa bintang hingga tiga sampai empat kali lipat.

Mengapa temuan ini memperumit teka-teki galaksi awal?

JWST telah menemukan galaksi masif dan berevolusi pada masa alam semesta yang sangat muda, termasuk sistem quiescent yang telah dikonfirmasi secara spektroskopis sekitar 1,25 miliar tahun setelah Dentuman Besar. Perakitan massa yang begitu cepat sudah menjadi tantangan bagi model pembentukan galaksi.

Jika populasi bintang pada galaksi-galaksi awal itu juga memiliki IMF yang lebih bottom-heavy, massanya ternyata lebih besar daripada perkiraan sebelumnya. Dengan demikian, galaksi tersebut harus mengumpulkan lebih banyak massa bintang dalam waktu yang bahkan lebih singkat—sehingga ketegangan dengan model pembentukan galaksi justru semakin kuat, bukan terselesaikan.

Namun, hubungan dengan galaksi yang diamati dalam sekitar 500 juta tahun pertama setelah Dentuman Besar masih merupakan ekstrapolasi. Penelitian ini secara langsung memberikan pengukuran IMF yang kuat pada galaksi dengan z sekitar 0,7, bukan pengukuran langsung pada galaksi dengan z lebih dari sekitar 10.

Apakah jumlah planet di alam semesta awal juga lebih banyak?

Bintang bermassa rendah dapat bertahan sangat lama dan menjadi kandidat utama bagi sistem keplanetan yang berumur panjang. Jika pembentukan bintang yang lebih bottom-heavy memang umum terjadi di alam semesta muda, jumlah bintang kecil—dan secara potensial jumlah sistem planet yang terbentuk pada masa awal—bisa lebih banyak daripada perkiraan berdasarkan IMF Bima Sakti.

Meski demikian, penelitian ini tidak mengukur secara langsung frekuensi kemunculan planet. Implikasi tersebut masih berupa konsekuensi yang mungkin dari ditemukannya populasi bintang bermassa rendah yang lebih besar.

Langkah berikutnya

Para peneliti berencana menerapkan teknik spektroskopi ultra-dalam dengan cakupan panjang gelombang luas yang sama pada galaksi dengan redshift semakin tinggi. Target akhirnya adalah mendekati masa ketika bintang-bintang pertama terbentuk.

Pada jarak kosmik yang lebih jauh, pergeseran cahaya membuat fitur spektrum yang sensitif terhadap IMF berpindah ke panjang gelombang inframerah yang masih dapat diamati JWST. Pengamatan lanjutan akan menguji apakah kelebihan bintang bermassa rendah juga menjadi ciri galaksi-galaksi paling awal di alam semesta.