Bintang malap yang tersembunyi mungkin menjadikan galaksi awal jauh lebih berat

Semua sembilan galaksi menunjukkan IMF yang berat ke arah bintang kecil

IMF menerangkan jumlah bintang yang terbentuk pada setiap julat jisim. IMF yang berat ke arah bintang berjisim rendah atau bottom-heavy mempunyai perkadaran bintang kecil yang lebih tinggi berbanding taburan seperti Bima Sakti.

Pasukan itu menemui bukti corak ini dalam kesemua sembilan galaksi besar dan tidak aktif tersebut. Bintang berjisim rendah sangat malap, menyebabkan kewujudannya mudah terlepas daripada pemerhatian biasa. Namun, bintang-bintang ini boleh hidup untuk tempoh yang sangat lama dan secara keseluruhannya menambah jisim yang besar.

Jika jisim galaksi jauh dianggarkan menggunakan IMF seperti Bima Sakti sedangkan IMF sebenar galaksi itu lebih berat ke arah bintang berjisim rendah, jumlah jisim bintangnya akan dipandang rendah.

Dua galaksi tertua mungkin tiga hingga empat kali lebih berat

Kesan ini paling ketara pada dua objek tertua dalam sampel. Kedua-duanya dianggap sebagai keturunan langsung galaksi matang yang terbentuk sangat awal dan telah dikesan oleh JWST.

Apabila IMF yang lebih berat ke arah bintang kecil itu digunakan, anggaran jisim bintang kedua-dua galaksi meningkat sebanyak tiga hingga empat kali ganda.

Ini bukan sekadar pembetulan kecil. Ia mengubah jumlah jirim yang perlu dihimpunkan oleh model pembentukan galaksi dalam tempoh sejarah kosmos yang amat singkat. Salah satu populasi bintang tertua itu berkemungkinan terbentuk kurang daripada 1.5 bilion tahun selepas Letupan Besar. Ini bermakna galaksi asalnya mungkin perlu membina jisim bintang yang lebih besar—dan melakukannya dengan lebih pantas—daripada yang dianggarkan sebelum ini.

Mengapa penemuan ini menambahkan tekanan kepada model galaksi

JWST sebelum ini telah mengenal pasti galaksi besar dan berevolusi pada zaman alam semesta yang mengejutkan awal. Sebagai contoh, galaksi tidak aktif GS-9209 disahkan secara spektroskopi pada anjakan merah 4.658, ketika alam semesta berusia kira-kira 1.25 bilion tahun. Anggaran jisim bintangnya ialah sekitar 3.8 × 10^10 jisim Matahari berdasarkan andaian yang digunakan dalam analisis tersebut.

Kajian IMF baharu ini tidak mengukur secara langsung fungsi jisim bintang galaksi pada beberapa ratus juta tahun pertama selepas Letupan Besar. Sebaliknya, ia memberikan bukti pada anjakan merah sekitar 0.7 bahawa sesetengah galaksi keturunan galaksi awal mempunyai lebih banyak bintang berjisim rendah daripada yang dijangka. Mengaitkan penemuan ini dengan galaksi JWST yang paling awal ialah suatu kesimpulan berdasarkan inferens, bukannya ukuran langsung IMF galaksi tersebut.

Jika corak pembentukan bintang yang berat ke arah bintang berjisim rendah turut berlaku ketika galaksi purba itu terbentuk, jisim sebenar bintangnya mungkin jauh lebih besar daripada anggaran awal. Ini akan meningkatkan lagi cabaran terhadap model pembentukan galaksi: model tersebut bukan sahaja perlu menjelaskan bagaimana galaksi matang muncul begitu awal, malah bagaimana lebih banyak jisim bintang dapat dihimpunkan dalam masa yang singkat.

Adakah lebih banyak bintang kecil bermakna lebih banyak planet?

Bintang berjisim rendah boleh hidup untuk tempoh yang sangat lama dan berpotensi menjadi hos kepada sistem planet. Jika pembentukan bintang yang berat ke arah bintang kecil merupakan perkara biasa pada alam semesta muda, lebih banyak bintang jenis ini mungkin terbentuk berbanding yang dianggarkan menggunakan andaian seperti Bima Sakti.

Secara tidak langsung, hal ini boleh meningkatkan anggaran jumlah sistem planet yang wujud pada zaman awal kosmos.

Namun, implikasi ini masih bersifat spekulatif. Kajian tersebut mengukur populasi bintang, bukannya planet atau kadar pembentukan planet. Penemuan ini hanya mengubah anggaran jumlah bintang berjisim rendah yang berpotensi menjadi hos planet—ia tidak membuktikan berapa kerap planet terbentuk di sekelilingnya atau sama ada planet itu boleh didiami.

Langkah seterusnya: melihat lebih jauh ke masa silam

Penyelidik seterusnya mahu menggunakan kaedah yang sama pada galaksi dengan anjakan merah yang semakin tinggi. Dengan menggabungkan spektrum yang sangat dalam merentasi julat panjang gelombang dalam kerangka rehat yang luas, mereka boleh menguji sama ada lebihan bintang berjisim rendah itu berterusan sehingga menghampiri zaman bintang-bintang pertama.

Pada anjakan merah yang cukup tinggi, ciri spektrum yang sensitif terhadap IMF akan beralih ke panjang gelombang inframerah yang boleh diperhatikan oleh JWST.

Pemerhatian ini akan membantu menentukan sama ada IMF yang berat ke arah bintang berjisim rendah hanya menjadi ciri galaksi besar dan tidak aktif dalam kajian semasa, merupakan ciri lebih umum pembentukan bintang awal, atau berubah mengikut masa dan persekitaran kosmik.