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

COSMOS-z3.1-A ialah pandangan yang amat jarang diperoleh terhadap proto-gugusan super — peringkat awal kepada sebuah “gugusan bagi gugusan galaksi”. Astronom melihatnya ketika alam semesta baru berusia kira-kira 2.1 bilion tahun. Struktur itu dianggarkan sudah mempunyai jisim sekitar 5,000 kali ganda jisim Bima Sakti, dan berpotensi berkembang menjadi sistem yang lebih besar daripada Gugusan Coma, antara gugusan galaksi terbesar di alam semesta berhampiran. Namun, jisim akhirnya ialah anggaran yang dibuat daripada ketumpatan luar biasa struktur itu serta model pertumbuhan struktur, bukannya ukuran terus masa depannya. 15

Apa yang ditemui ahli astronomi

Pasukan antarabangsa itu mengenal pasti COSMOS-z3.1-A sebagai nenek moyang gugusan super galaksi paling jauh yang diketahui setakat ini. Ia lebih luar biasa daripada proto-gugusan biasa: struktur ini ialah kompleks berskala lebih besar yang sedang muncul dan dijangka menjadi himpunan beberapa gugusan galaksi besar. 7

COSMOS-z3.1-A tidak kelihatan seperti satu gugusan galaksi matang yang bulat dan tersusun. Sebaliknya, ia berketul-ketul serta tidak sekata. Komponen padatnya berada dalam kawasan yang sangat terlebih tumpat, di lokasi filamen jaringan kosmik bertemu. Sambungan seperti jalur filamen juga kelihatan menghubungkan dan menyalurkan bahan ke arah teras-teras tersebut. 14

Anggaran jisim keturunannya menunjukkan COSMOS-z3.1-A bersama COSMOS-z3.1-C boleh mencapai jumlah jisim melebihi Gugusan Coma pada anjakan merah sifar (redshift zero), iaitu alam semesta pada masa kini. Kajian itu menganggarkan jisim keturunan sekurang-kurangnya (10^{15.3}) jisim Matahari bagi sistem ekstrem ini. 1

Daripada tompokan di langit kepada peta 3D

Penemuan itu bermula melalui tinjauan ODIN, yang mencari proto-gugusan pada anjakan merah tinggi dengan menggunakan galaksi pemancar Lyman-alpha sebagai penjejak. Dalam medan COSMOS, ODIN menggunakan pengimejan jalur sempit yang dikaitkan dengan Dark Energy Camera (DECam) untuk mengenal pasti tumpuan galaksi pada anjakan merah 3.1. 335

Namun, galaksi yang kelihatan rapat dalam imej dua dimensi belum tentu benar-benar berdekatan dalam ruang. Maka, pasukan itu menambah pemerhatian spektroskopi daripada Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), instrumen GMOS di Gemini South dan DEIMOS di Keck II. Ukuran anjakan merah ini membolehkan kedudukan galaksi dibina semula dalam tiga dimensi, sekali gus mendedahkan teras-teras padat serta persekitaran yang lebih luas. 135

Kaedah ini turut menampakkan filamen melalui taburan galaksi yang dijejak. Jadi, hasilnya bukan sekadar senarai galaksi yang sangat jauh, tetapi peta sebuah persekitaran kosmik berskala besar yang masih berkembang. 1

Mengapa ia menyokong pembentukan struktur secara berperingkat

Kosmologi moden menerangkan pembentukan struktur sebagai proses berhierarki: tumpuan jirim kecil terbentuk dahulu, kemudian bergabung dan menarik lebih banyak bahan untuk membina sistem yang semakin besar. COSMOS-z3.1-A sepadan dengan gambaran ini kerana ia mengandungi beberapa komponen yang sedang berkembang dalam rangkaian filamen, bukannya satu gugusan matang yang siap terbentuk. 17

Kedudukannya di persilangan filamen jaringan kosmik sangat penting. Filamen ini boleh menyalurkan galaksi dan jirim ke nod-nod padat, lalu membantu komponen berasingan proto-gugusan super berkembang menjadi sistem yang jauh lebih besar sepanjang masa kosmik. Pemerhatian ini menyediakan contoh awal bagi peringkat pertengahan antara proto-gugusan kecil dan sistem gugusan terbesar yang dilihat di alam semesta berhampiran. 14

Apa kaitannya dengan dapatan JWST tentang “bintang tersembunyi”

COSMOS-z3.1-A berkaitan dengan pertumbuhan persekitaran berskala besar — kawasan kaya jirim gelap, kumpulan galaksi, filamen dan proto-gugusan. Satu hasil berasingan daripada Teleskop Angkasa James Webb (JWST) pula meneliti populasi bintang dalam galaksi awal secara individu.

Dalam kajian JWST itu, penyelidik yang mengkaji sembilan galaksi awal yang besar menemui petunjuk bahawa galaksi berkenaan mengandungi jauh lebih banyak bintang malap dan berjisim rendah daripada jangkaan biasa. Bintang-bintang ini menyumbang jisim yang besar tetapi menghasilkan sedikit cahaya. Oleh itu, anggaran jisim bintang bagi sesetengah galaksi mungkin tiga hingga empat kali lebih tinggi daripada anggaran terdahulu; kes paling ekstrem yang dilaporkan hampir mencapai faktor empat. 192027

Kedua-dua penemuan saling melengkapi, tetapi satu tidak menerangkan yang satu lagi secara lengkap. Proto-gugusan super yang dibekalkan oleh filamen menawarkan persekitaran yang munasabah untuk galaksi terbina dengan cepat. Pada masa yang sama, populasi bintang yang lebih berat ke arah bintang berjisim rendah mengubah anggaran jumlah jisim bintang yang mungkin tersembunyi dalam sesetengah galaksi. Menjelaskan pembinaan pantas persekitaran padat dan campuran bintang terperinci dalam galaksi tersebut kekal sebagai cabaran utama bagi model alam semesta awal. 11722

Langkah seterusnya

Balai Cerap Vera C. Rubin telah memulakan Legacy Survey of Space and Time (LSST), manakala keluaran data awal berasaskan Kamera LSST turut merangkumi pemerhatian mendalam medan COSMOS. 3336

Pengimejan luas dan mendalam Rubin boleh membantu mengenal pasti lebih banyak calon kawasan terlebih tumpat pada anjakan merah tinggi di kawasan langit yang besar. Spektroskopi masih penting, kerana ia memberikan ukuran anjakan merah yang cukup tepat untuk membezakan proto-gugusan super tiga dimensi yang sebenar daripada galaksi yang hanya kelihatan berdekatan dalam imej dua dimensi. Kerja ODIN terhadap COSMOS-z3.1-A menunjukkan kelebihan menggabungkan pengimejan luas dengan spektroskopi berskala besar dan susulan yang disasarkan. 13