Sayangnya, masa hidup alam semesta begitu lama sehingga kita tidak bisa hanya menunggu dan melihat apa yang terjadi untuk memahami cara kerjanya. Ini adalah maraton film yang dimulai miliaran tahun sebelum spesies kita ada, dan kemungkinan akan berlanjut juga setelah kita. Tapi bagaimana jika ada rekaman, dan kita bisa memutar kembali rekamannya?
Para astronom melakukan hal itu dengan James Webb Space Telescope (JWST) yang terkenal, menggunakan observatorium terbang raksasa untuk memundurkan sejarah alam semesta kita, mencari galaksi awal. Akibatnya, para astronom telah menemukan ratusan galaksi dari 11 hingga 13 miliar tahun lalu yang juga menunjukkan keragaman bentuk yang luar biasa: piringan, tonjolan, gumpalan, bongkahan, dan banyak lagi. Pengelompokan bintang ini muncul lebih awal dalam garis waktu alam semesta daripada yang diperkirakan sebelumnya, menurut penelitian baru yang baru-baru ini dipresentasikan pada pertemuan American Astronomical Society dan akan segera diterbitkan dalam Jurnal Astrofisika.
“Sungguh menakjubkan bisa melihat struktur galaksi jauh ini dengan sangat jelas untuk pertama kalinya,” kata Jeyhan Kartaltepe, astronom Institut Teknologi Rochester dan penulis utama studi baru tersebut. “Mereka sama sekali tidak membosankan.”
Untuk memperkirakan usia, Kartaltepe dan timnya menggunakan metode astronomi yang sudah mapan. Galaksi-galaksi yang lebih jauh dari kita di luar angkasa juga mundur lebih jauh dalam sejarah alam semesta, berkat kecepatan cahaya yang terbatas. Plus, mengingat bahwa alam semesta mengembang, galaksi yang lebih jauh dari kita tampak lebih merah daripada jika mereka lebih dekat, karena cahayanya terentang saat menempuh jarak kosmik yang luas dan memanjang ke teleskop kita. Ini memberi para astronom cara mudah untuk menandai ketika sesuatu ada di alam semesta, yang dikenal sebagai pergeseran merah.
Namun, ini juga berarti target dengan pergeseran merah yang lebih tinggi benar-benar tampak merah, atau bahkan sebagian besar bersinar dalam inframerah. Jadi, sebuah galaksi yang tampak biru terang miliaran tahun lalu mungkin tampak terang dalam cahaya inframerah ke kamera kita. Inilah keunggulan JWST yang berbeda—karena ia melihat alam semesta dalam inframerah, ia dapat melihat galaksi-galaksi merah yang jauh ini. Teleskop juga lebih besar dari alat luar angkasa sebelumnya, dan di dunia teleskop, lebih besar lebih baik.
[Related: How the James Webb Space Telescope is hunting for ‘first light’]
Dengan data sebelumnya dari Teleskop Luar Angkasa Hubble, yang melihat dalam cahaya tampak dan inframerah dekat, para astronom sudah mengetahui ada galaksi yang menarik dan beragam di alam semesta kita sejak 11 miliar tahun lalu. Namun, untuk mengetahui kapan spiral menyapu dan tonjolan bulat (seperti yang ada di Bima Sakti kita) pertama kali terbentuk, para peneliti perlu memundurkan rekaman itu sedikit lebih jauh.
“Kami tidak tahu apa yang terjadi di awal alam semesta untuk membuat cakram dan tonjolan, atau kapan itu terjadi, atau di mana itu terjadi, atau bagaimana itu terjadi—dan kami tidak memiliki cara untuk mengetahuinya sampai JWST,” kata astronom University of Melbourne Benji Metha, seorang peneliti yang tidak berafiliasi dengan temuan baru tersebut. “Kita bisa menggunakan ini [galactic] pengamatan seperti catatan fosil, untuk menggali kembali waktu dan melihat ciri-ciri apa saja yang ada di galaksi-galaksi ini ketika alam semesta masih dalam tahap pembangunan.”
Tim mengumpulkan gambar 850 galaksi dengan JWST, dan mengklasifikasikannya ke dalam bentuk khas galaksi: cakram (seperti galaksi spiral kita sendiri), gumpalan, tidak beraturan, atau kombinasi dari ketiganya. Semua data dianalisis dengan tangan, dengan para astronom menyaring setiap file. “Satu hal yang saya sukai dari makalah ini adalah betapa manusiawinya,” kata Metha. Dia menjelaskan bagaimana seabad yang lalu, astronom Amerika Edwin Hubble menggunakan Observatorium Mount Wilson di California untuk mengurutkan berbagai jenis galaksi terdekat, menciptakan sistem klasifikasi yang digunakan sebagian besar astronom saat ini. “Pada intinya, makalah ini menggunakan metode yang sama persis dengan yang digunakan Hubble: Lihatlah beberapa gambar, dan tuliskan apa yang Anda lihat,” tambah Metha.
Kelompok peneliti internasional menemukan banyak piringan, yang mungkin merupakan pendahulu galaksi seperti Bima Sakti. Mereka juga melihat banyak ketidakteraturan, yang merupakan tanda dari dua galaksi yang medan gravitasinya terlalu dekat dan mendorong bintang satu sama lain, atau bahkan bergabung sepenuhnya.
“Kita melihat segala macam struktur di seluruh waktu kosmik kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang,” kata Olivia Cooper, seorang astronom di UT Austin. Gambar-gambar baru ini, katanya, “menunjukkan apa yang dapat kita lakukan dengan JWST dan mengisyaratkan alam semesta yang menampung galaksi yang berevolusi lebih awal dari yang kita duga.”
Fakta bahwa ada begitu banyak galaksi ketika alam semesta masih muda membingungkan, dan pasti membuat para astronom sibuk saat mereka membangun model yang lebih baik untuk mempelajari bagaimana entitas kosmik ini terbentuk dan tumbuh. Studi tersebut juga menunjukkan bahwa untuk melihat galaksi pertama, para ahli perlu terus memutar ulang pita itu, dan mendorong batas seberapa jauh JWST dapat mengintip ke masa lalu alam semesta.
