COSMOS-z3.1-A Mengungkap Cara Alam Semesta Merakit Struktur Galaksi Terbesar

COSMOS-z3.1-A adalah pandangan langka terhadap proto-supergugus: leluhur awal dari sistem “gugus-gugus galaksi”. Struktur ini diamati ketika alam semesta baru berusia sekitar 2,1 miliar tahun. Massanya diperkirakan sekitar 5.000 kali massa Bima Sakti, dan pada masa depan dapat berkembang menjadi sistem yang lebih masif daripada Gugus Coma, salah satu gugus galaksi raksasa di alam semesta dekat. Perkiraan masa depan tersebut berasal dari kepadatan materi yang teramati dan model pertumbuhan struktur, bukan pengukuran langsung atas massanya kelak. 15

Bukan satu gugus yang sudah mapan

Tim internasional yang menelitinya menyimpulkan bahwa COSMOS-z3.1-A merupakan nenek moyang supergugus galaksi paling jauh yang pernah ditemukan. Ini lebih langka daripada sekadar protogugus—yakni calon gugus galaksi—karena pada akhirnya ia diperkirakan menjadi kompleks yang mencakup beberapa gugus galaksi masif. 7

Bentuk COSMOS-z3.1-A juga belum menyerupai satu gugus galaksi yang bulat dan stabil. Struktur ini tampak menggumpal serta tidak beraturan, dengan beberapa komponen padat di wilayah yang sangat overdens—daerah yang kandungan galaksi dan materinya jauh lebih rapat daripada rata-rata. Sejumlah perpanjangan menyerupai filamen tampak terhubung ke inti-inti tersebut dan kemungkinan menyalurkan materi ke dalamnya. 14

Estimasi massa keturunan dari tim riset menunjukkan bahwa COSMOS-z3.1-A, bersama COSMOS-z3.1-C, dapat mencapai massa total sedikitnya (10^{15,3}) massa Matahari pada redshift nol, yaitu alam semesta masa kini. Nilai itu melampaui Gugus Coma. 1

Bagaimana ODIN mengubah titik-titik di langit menjadi peta 3D

Penemuan ini berawal dari survei ODIN, yang mencari protogugus ber-redshift tinggi melalui galaksi pemancar Lyman-alpha sebagai penanda. Di medan pengamatan COSMOS, ODIN menggunakan pencitraan pita sempit yang terkait dengan Dark Energy Camera (DECam) untuk menemukan konsentrasi galaksi pada redshift 3,1. 335

Konsentrasi galaksi pada citra langit dua dimensi belum cukup untuk membuktikan bahwa galaksi-galaksi itu benar-benar berada dalam satu struktur fisik. Karena itu, peneliti menambahkan pengamatan spektroskopi dari Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), instrumen GMOS di Gemini South, serta DEIMOS di Keck II. Pengukuran redshift tersebut memungkinkan rekonstruksi sebaran galaksi dalam tiga dimensi, termasuk inti-inti padat dan lingkungan skala besarnya. 135

Metode ini juga memungkinkan filamen ditelusuri dari pola distribusi galaksi penanda. Jadi, hasilnya bukan hanya daftar galaksi yang sangat jauh, melainkan peta lingkungan kosmik luas yang sedang terbentuk. 1

Bukti pertumbuhan struktur secara bertahap

Dalam kosmologi modern, struktur besar diyakini tumbuh secara hierarkis atau bottom-up: konsentrasi materi yang lebih kecil terbentuk terlebih dahulu, lalu bergabung dan menarik material tambahan hingga menjadi sistem yang semakin besar. COSMOS-z3.1-A konsisten dengan gambaran ini karena berisi beberapa komponen yang masih berkembang di dalam jaringan filamen, alih-alih satu gugus matang yang terbentuk sekaligus. 17

Lokasinya di titik pertemuan filamen jejaring kosmik menjadi petunjuk penting. Filamen dapat menyalurkan galaksi dan materi menuju simpul-simpul padat, sehingga bagian-bagian proto-supergugus ini berpeluang tumbuh menjadi sistem yang jauh lebih masif selama miliaran tahun. Pengamatan ini memberi contoh yang sangat dini mengenai tahap peralihan dari protogugus kecil menuju sistem gugus terbesar yang terlihat di alam semesta dekat. 14

Hubungannya dengan temuan JWST tentang “bintang tersembunyi”

COSMOS-z3.1-A membahas pertumbuhan lingkungan skala besar—wilayah kaya materi gelap, kelompok galaksi, filamen, dan protogugus. Sementara itu, hasil terpisah dari Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) menyoroti populasi bintang di dalam galaksi purba secara individual.

Dalam studi JWST tersebut, peneliti yang menganalisis sembilan galaksi awal bermassa besar menemukan bukti bahwa galaksi-galaksi itu mengandung jauh lebih banyak bintang redup bermassa rendah daripada perkiraan umum. Bintang kecil semacam ini menyumbang massa yang besar, tetapi cahayanya lemah. Akibatnya, massa bintang yang dihitung untuk beberapa galaksi dapat menjadi tiga hingga empat kali estimasi sebelumnya; kasus paling ekstrem mendekati faktor empat. 192027

Kedua hasil ini saling melengkapi, tetapi satu temuan tidak otomatis menjelaskan temuan lainnya. Proto-supergugus yang dipasok filamen menyediakan lingkungan masuk akal bagi perakitan galaksi yang cepat. Namun, populasi bintang yang didominasi bintang bermassa rendah mengubah perhitungan mengenai berapa banyak massa bintang yang tersimpan dalam galaksi tertentu. Menjelaskan sekaligus pertumbuhan cepat lingkungan padat dan komposisi bintang di galaksi-galaksinya masih menjadi tantangan utama bagi model alam semesta awal. 11722

Pemetaan berikutnya oleh Observatorium Rubin

Observatorium Vera C. Rubin telah memulai Legacy Survey of Space and Time (LSST). Rilis data kamera LSST yang berorientasi sains juga mencakup pengamatan dalam terhadap medan COSMOS. 3336

Pencitraan Rubin yang luas dan dalam dapat membantu menemukan lebih banyak kandidat wilayah overdens pada redshift tinggi di area langit yang besar. Namun, spektroskopi tetap diperlukan untuk memperoleh redshift presisi dan membedakan proto-supergugus tiga dimensi yang nyata dari galaksi-galaksi yang hanya tampak berdekatan pada gambar dua dimensi. Studi ODIN atas COSMOS-z3.1-A memperlihatkan kekuatan kombinasi pencitraan luas dengan spektroskopi skala besar dan pengamatan terarah. 13