COSMOS-z3.1-A mendedahkan bagaimana struktur galaksi terbesar alam semesta mula terbina

COSMOS-z3.1-A bukan sekadar gugusan galaksi yang jauh. Ia ialah proto-supergugusan — nenek moyang kepada sistem "gugusan-gugusan" galaksi yang amat besar — yang masih sedang berhimpun ketika alam semesta baru berusia kira-kira 2.1 bilion tahun. Diperhatikan pada anjakan merah 3.1, ia kini dikenal pasti sebagai progenitor supergugusan galaksi paling jauh yang diketahui. Penemuan ini memberi gambaran terus tentang peringkat awal pembinaan struktur galaksi terbesar di alam semesta. 2912

Besar sejak alam semesta masih muda

Jisim COSMOS-z3.1-A dianggarkan kira-kira 5,000 kali ganda jisim Bima Sakti. Analisis ketumpatan dan simulasi mencadangkan struktur ini akhirnya boleh berkembang menjadi sistem gugusan moden dengan jisim melebihi Gugusan Coma, antara gugusan galaksi terbesar yang diketahui di alam semesta berdekatan. 2912

Namun, angka tentang "nasib" masa depannya bukan ukuran langsung. Ia ialah anggaran keturunan berdasarkan model evolusi struktur dan taburan jirim yang diperhatikan; maka hasilnya masih mempunyai ketidakpastian yang bergantung pada andaian model. 24

Bukan satu gugusan yang sudah stabil

COSMOS-z3.1-A tidak berbentuk seperti satu gugusan sfera yang tenang dan matang. Sebaliknya, ia terdiri daripada beberapa teras protogugusan yang padat dan berketul-ketul, tersebar merentasi kawasan kira-kira 90 × 70 × 60 megaparsek komoving. Sambungan memanjang seperti ekor pula berkemungkinan ialah filamen — laluan dalam jaringan kosmik yang menyalurkan galaksi serta jirim ke arah kawasan paling tumpat. 2

Kedudukannya pada persilangan filamen jaringan kosmik menjadikannya contoh yang jarang ditemui bagi struktur sebegitu besar pada zaman awal alam semesta. 212

Bagaimana ahli astronomi memetakan struktur ini

Pasukan penyelidik menggunakan tinjauan ODIN untuk mengesan kepekatan besar galaksi pemancar Lyman-alpha, iaitu galaksi yang sesuai dijadikan penjejak bagi alam semesta jauh. Pemerhatian jalur sempit, terutama dengan Dark Energy Camera (DECam), mengenal pasti calon kawasan terlebih tumpat di langit. 49

Selepas itu, data spektroskopi kawasan luas daripada DESI, bersama pemerhatian susulan menggunakan Gemini South/GMOS dan Keck II/DEIMOS, digunakan untuk mengesahkan anjakan merah galaksi. Langkah ini membolehkan penyelidik menukar tompokan galaksi yang kelihatan pada satah langit kepada peta tiga dimensi, termasuk filamen yang menghubungkan teras-teras padat tersebut. 2

Bukti kepada pembentukan struktur secara berhierarki

Dalam gambaran standard pembentukan struktur alam semesta, haloe jirim gelap dan kumpulan galaksi kecil terbentuk terlebih dahulu. Struktur kecil ini kemudian bergabung dan menarik lebih banyak jirim melalui filamen kosmik, lalu membina gugusan serta supergugusan yang semakin besar.

COSMOS-z3.1-A sepadan dengan gambaran itu: bukannya sebuah objek tunggal yang terbentuk sekaligus, ia memperlihatkan beberapa protogugusan berbeza yang sedang menerima bekalan jirim daripada rangkaian filamen. 212

Kaitannya dengan dapatan JWST tentang galaksi awal

Dapatan ini berbeza daripada hasil berasaskan Teleskop Angkasa James Webb (JWST) mengenai kandungan bintang dalam galaksi awal yang sangat besar. Spektrum bagi sampel kecil galaksi mencadangkan sesetengahnya mungkin mempunyai lebih banyak bintang kecil dan malap berbanding jangkaan — populasi bintang yang disebut sebagai lebih berat di bahagian jisim rendah.

Jika keadaan itu disahkan secara meluas, jisim bintang beberapa galaksi awal mungkin sekitar tiga hingga empat kali ganda lebih tinggi daripada anggaran terdahulu. Ini akan menjadikan persoalan tentang bagaimana galaksi besar mampu membina bintang begitu cepat selepas Letupan Besar menjadi lebih sukar untuk dihuraikan. 1013

COSMOS-z3.1-A menawarkan konteks persekitaran yang munasabah untuk pertumbuhan pantas: nod kosmik yang sangat tumpat dan terus dibekalkan jirim melalui filamen. Namun, struktur besar ini sahaja tidak menyelesaikan persoalan jisim bintang JWST. Membina persekitaran jirim gelap yang besar tidak sama dengan menerangkan kecekapan pembentukan bintang dan taburan jisim bintang di dalam setiap galaksi.

Apa yang seterusnya

Tinjauan Legacy Survey of Space and Time (LSST) oleh Balai Cerap Vera C. Rubin, yang telah memulakan operasi, dijangka menyediakan pengimejan berulang, luas dan mendalam dalam pelbagai jalur warna. Ia boleh memperbanyak calon struktur padat pada anjakan merah tinggi untuk dikaji secara sistematik. Walau begitu, pemerhatian spektroskopi masih penting untuk menentukan kedudukan tiga dimensi galaksi dengan tepat serta menelusuri sejarah dinamiknya. 13