Air – prasyarat untuk kehidupan seperti yang kita kenal – ditemukan di galaksi yang sangat jauh

Studi baru menandai bukti paling jauh dari elemen yang diperlukan untuk kehidupan seperti yang kita kenal di galaksi pembentuk bintang biasa.

Di galaksi paling masif dari alam semesta awal, pengamatan baru dari Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA). Ilmuwan yang mempelajari SPT0311-58 menemukan H20 bersama dengan karbon monoksida di galaksi, yang berjarak hampir 12,88 miliar tahun cahaya dari Bumi. Bukti kelimpahan dua molekul ini menunjukkan bahwa alam semesta molekuler kuat segera setelah unsur-unsur di bintang-bintang awal ditempa. Penelitian baru ini mencakup studi paling rinci hingga saat ini tentang kandungan gas molekuler sebuah galaksi di alam semesta awal dan deteksi paling jauh H20 di galaksi pembentuk bintang biasa. Penelitian ini dipublikasikan di Jurnal Astrofisika.

SPT0311-58 sebenarnya terdiri dari dua galaksi dan pertama kali terlihat pada tahun 2017 oleh para ilmuwan ALMA di tempat atau waktunya di era reionisasi. Zaman ini datang pada saat alam semesta baru berusia 780 juta tahun – sekitar 5 persen dari usianya sekarang – dan bintang-bintang dan galaksi-galaksi pertama sedang lahir. Para ilmuwan percaya kedua galaksi dapat bergabung dan bahwa pembentukan bintang mereka yang cepat tidak hanya menghabiskan gas atau bahan bakar mereka dalam pembentukan bintang, tetapi mereka pada akhirnya dapat mengembangkan pasangan menjadi galaksi elips besar seperti yang terlihat di alam semesta lokal.

Gif animasi ini bergerak melalui kontinum debu dan garis molekul untuk air dan karbon monoksida yang terlihat dalam pengamatan ALMA dari pasangan galaksi masif awal yang dikenal sebagai SPT0311-58. Gif ini dimulai dengan komposit yang menggabungkan rangkaian debu dengan garis molekul untuk H20 dan CO. Ini mengikuti rangkaian debu berwarna merah, garis molekul untuk H20 berwarna biru, garis molekul untuk karbon monoksida, CO (10-9) ditampilkan dalam warna merah muda dan biru tua, CO (7-6) ditampilkan dalam warna magenta dan CO (6-5) ditampilkan dalam warna ungu. Kredit foto: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / S. Dagnello (NRAO)

“Menggunakan pengamatan ALMA resolusi tinggi dari gas molekuler di pasangan galaksi yang dikenal secara kolektif sebagai SPT0311-58, kami mendeteksi molekul air dan karbon monoksida di galaksi yang lebih besar dari dua galaksi. Oksigen dan karbon, khususnya, adalah elemen generasi pertama, dan dalam bentuk molekul karbon monoksida dan air, mereka sangat penting untuk kehidupan seperti yang kita kenal, ”kata Sreevani Jarugula, astronom dan peneliti senior dari Universitas Illinois. “Galaksi ini adalah galaksi paling masif yang saat ini dikenal pada pergeseran merah tinggi, atau pada saat alam semesta masih sangat muda. Ini mengandung lebih banyak gas dan debu daripada galaksi lain di Alam Semesta awal, yang memberi kita banyak peluang potensial untuk mengamati banyak molekul dan lebih memahami bagaimana elemen-elemen yang menghasilkan kehidupan ini memengaruhi evolusi Alam Semesta awal.”

Secara khusus, air adalah molekul paling umum ketiga di alam semesta setelah molekul hidrogen dan karbon monoksida. Studi sebelumnya tentang galaksi di alam semesta lokal dan awal telah mengkorelasikan emisi air dan emisi inframerah-jauh dari debu. “Debu menyerap radiasi ultraviolet dari bintang-bintang di galaksi dan memancarkannya sebagai foton inframerah jauh,” kata Jarugula. “Ini juga merangsang molekul air dan menciptakan emisi air yang dapat diamati oleh para ilmuwan. Dalam hal ini, ini membantu kami menemukan emisi air di galaksi besar ini. Korelasi ini dapat digunakan untuk mengembangkan air sebagai pelacak pembentukan bintang, yang kemudian dapat diterapkan pada galaksi dalam skala kosmologis.”

Gambar-gambar ilmiah ini menunjukkan garis molekul dan kontinum debu yang diamati dalam pengamatan ALMA dari pasangan galaksi masif awal yang dikenal sebagai SPT0311-58. Kiri: Gambar komposit yang menggabungkan rangkaian debu dengan garis molekul untuk H20 dan CO. Kanan: Kontinum debu berwarna merah (atas), garis molekul untuk H20 berwarna biru (ke-2 dari atas), transisi garis molekul untuk karbon monoksida, CO (6-5) ditampilkan dalam warna ungu (tengah), CO (7-6) ditampilkan dalam warna magenta (kedua dari bawah) dan CO (10-9) ditampilkan dalam warna pink dan biru tua (bawah). Kredit foto: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / S. Dagnello (NRAO)

Mempelajari galaksi pertama yang terbentuk di alam semesta akan membantu para ilmuwan lebih memahami kelahiran, pertumbuhan, dan evolusi alam semesta dan segala isinya, termasuk tata surya dan Bumi. “Galaksi awal membentuk bintang dengan kecepatan seribu kali lipat Bima Saktikata Jarugula. “Memeriksa kandungan gas dan debu dari galaksi-galaksi awal ini memberi tahu kita tentang sifat-sifatnya, seperti.”

Menurut Jarugula, masih banyak yang harus dipelajari tentang SPT0311-58 dan galaksi-galaksi alam semesta awal. “Studi ini tidak hanya memberikan jawaban tentang di mana dan seberapa jauh air bisa ada di alam semesta, tetapi juga menimbulkan pertanyaan besar: Bagaimana begitu banyak gas dan debu bergabung untuk membentuk bintang dan galaksi begitu awal di alam semesta? ? Jawabannya membutuhkan studi lebih lanjut tentang galaksi-galaksi pembentuk bintang ini dan yang serupa untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang pembentukan struktural dan evolusi alam semesta awal.”

“Hasil menarik ini, yang menunjukkan kekuatan ALMA, menambah koleksi pengamatan alam semesta awal yang terus bertambah,” kata Joe Pesce, astrofisikawan dan direktur program ALMA di National Science Foundation. “Molekul-molekul ini, yang penting bagi kehidupan di bumi, terbentuk secepat mungkin, dan mengamatinya memberi kita wawasan tentang proses fundamental alam semesta yang sangat berbeda dari hari ini.”

Referensi: “Pengamatan Garis Molekul di Dua Galaksi Pembentuk Bintang Berdebu pada z = 6,9” 3 November 2021, Jurnal Astrofisika.