Galaksi ganda membingungkan astronom Hubble – ‘Kami bingung’

Bidikan Teleskop Luar Angkasa Hubble ini menunjukkan tiga gambar yang diperbesar dari galaksi jauh yang tertanam dalam sekelompok galaksi. Gambar-gambar ini dihasilkan oleh tipuan alam yang disebut pelensaan gravitasi. Gravitasi besar kluster galaksi memperkuat dan mendistorsi cahaya dari galaksi jauh di belakangnya, menciptakan banyak gambar. Gugus galaksi yang diklasifikasikan sebagai SDSS J223010.47-081017,8 terletak 7 miliar tahun cahaya dari Bumi. Hubble telah mengamati banyak galaksi dengan lensa gravitasi. Namun, gambar yang diambil dalam snapshot Hubble ini unik. Dua dari gambar yang diperbesar, yang ditunjukkan di awan di kanan bawah, adalah salinan persis satu sama lain. Dua oval terang adalah jantung galaksi. Fenomena langka ini terjadi karena latar belakang galaksi adalah riak di jalinan ruang angkasa. Ini “riak” adalah wilayah inflasi yang lebih besar, karena daya tarik sejumlah padat materi gelap, lem tak terlihat yang membentuk sebagian besar massa alam semesta. Saat cahaya dari galaksi jauh melewati gugus di sepanjang riak ini, dua bayangan cermin dihasilkan, bersama dengan bayangan ketiga yang dapat dilihat dari samping. Gambar close-up ketiga ditampilkan di awan di kanan atas. Gambar ini sangat mirip dengan galaksi jauh, yang terletak lebih dari 11 miliar tahun cahaya. Berdasarkan rekonstruksi gambar ini, para peneliti menentukan bahwa galaksi yang jauh tampak seperti spiral zig-zag dengan pembentukan bintang rumpun terus menerus. Gambar cermin diberi nama setelah “tubuh Hamilton” dari astronom yang menemukannya. Kredit: Joseph DePasquale (STScI)

Animasi 3D menunjukkan Teleskop Luar Angkasa Hubble di atas Bumi. Kredit: ESA/Hubble (M. Kornmesser & LL Christensen)

Para astronom telah melihat beberapa hal yang sangat aneh tersebar di seluruh alam semesta kita yang luas, dari bintang yang meledak hingga galaksi yang bertabrakan. Oleh karena itu, Anda mungkin berpikir bahwa ketika mereka melihat benda angkasa yang aneh, mereka akan dapat mengidentifikasinya.

tetapi NASATeleskop Luar Angkasa Hubble telah menemukan apa yang tampak sebagai sepasang objek yang tampak serupa sehingga sangat aneh sehingga para astronom membutuhkan beberapa tahun untuk menentukan apa itu.

“Kami benar-benar bingung,” kata astronom Timothy Hamilton dari Shawnee State University di Portsmouth, Ohio.

UFO terdiri dari sepasang tonjolan galaksi (poros pusat galaksi yang dipenuhi bintang) dan setidaknya tiga garis paralel terpisah. Hamilton menemukannya secara kebetulan saat menggunakan Hubble untuk mensurvei sekelompok quasar, inti galaksi aktif yang membara.

Setelah mengejar teori buntu, meminta bantuan dari rekan kerja, dan melakukan banyak goresan, Hamilton dan tim berkembang yang dipimpin oleh Richard Griffiths dari University of Hawaii di Hilo, akhirnya mengumpulkan semua petunjuk untuk memecahkan misteri tersebut.

Objek linier adalah gambar terbentang dari galaksi yang jauh dengan lensa gravitasi, yang terletak lebih dari 11 miliar tahun cahaya jauhnya. Mereka tampak seperti gambar yang identik satu sama lain.

Tim menemukan bahwa gravitasi besar dari sekelompok galaksi yang tumpang tindih dan tidak berhubungan di latar depan galaksi mendistorsi, menguatkan, mencerahkan dan memperluas ruang galaksi jauh di belakangnya, sebuah fenomena yang disebut lensa gravitasi. Meskipun survei Hubble mengungkapkan banyak dari cermin dan distorsi cermin yang disebabkan oleh lensa gravitasi, objek ini secara unik membingungkan.

Dalam kasus ini, penyelarasan halus antara galaksi di latar belakang dan gugusan galaksi di latar depan menghasilkan dua salinan yang diperbesar dari gambar yang sama dari galaksi jauh. Fenomena langka ini terjadi karena latar belakang galaksi adalah riak di jalinan ruang angkasa. Ini “riak” adalah wilayah inflasi yang lebih besar, karena daya tarik sejumlah padat materi gelap, lem tak terlihat yang membentuk sebagian besar massa alam semesta. Saat cahaya dari galaksi jauh melewati gugus di sepanjang riak ini, dua bayangan cermin dihasilkan, bersama dengan bayangan ketiga yang dapat dilihat dari samping.

Griffiths membandingkan efek ini dengan pola bergelombang cerah yang terlihat di dasar kolam renang. “Bayangkan permukaan kolam yang bergelombang di hari yang cerah, menunjukkan pola cahaya terang di dasar kolam,” jelasnya. Pola terang di bagian bawah ini disebabkan oleh jenis efek pelensaan gravitasi yang serupa. Riak-riak di permukaan bertindak sebagai lensa parsial dan memfokuskan sinar matahari ke pola zigzag mengkilap di bawah.”

Di galaksi yang jauh dengan lensa gravitasi, riak memperbesar dan mendistorsi cahaya dari galaksi latar yang melewati gugus. Kerut bertindak sebagai cermin melengkung tidak sempurna yang menghasilkan dupleks.

menyelesaikan puzzle

Namun fenomena langka ini tidak diketahui dengan baik ketika Hamilton menemukan fitur linier aneh pada tahun 2013.

Saat dia mengintip melalui gambar quasar, bidikan gambar reflektif dan garis paralel muncul. Hamilton belum pernah melihat yang seperti itu sebelumnya, juga tidak ada anggota tim lain yang memilikinya.

“Pikiran pertama saya adalah bahwa mereka mungkin berinteraksi dengan galaksi dengan tangan terentang dengan cara yang runcing,” kata Hamilton. “Itu tidak benar-benar cocok, tapi aku juga tidak tahu harus berpikir apa.”

Jadi Hamilton dan tim memulai pencarian mereka untuk memecahkan misteri garis lurus yang membingungkan ini, yang kemudian dijuluki “Objek Hamilton” untuk penemunya. Mereka menunjukkan gambar aneh kepada rekan-rekannya di konferensi astronomi, yang menimbulkan berbagai tanggapan, dari string kosmik hingga nebula planet.

Tapi kemudian Griffiths, yang bukan anggota tim asli, memberikan penjelasan yang paling masuk akal ketika Hamilton menunjukkan gambar itu padanya pada pertemuan NASA pada tahun 2015. Itu adalah gambar yang diperbesar dan terdistorsi yang disebabkan oleh fenomena lensa yang mirip dengan yang terlihat di Hubble. Gambar cluster galaksi besar lainnya memperkuat gambar galaksi yang sangat jauh. Griffiths mengkonfirmasi ide ini ketika dia mengetahui objek linier serupa dalam survei Hubble terhadap kluster dalam.

Namun, peneliti masih menghadapi masalah. Mereka tidak dapat menentukan massa lensa. Biasanya, para astronom yang mempelajari gugus galaksi pertama-tama melihat gugus depan yang menyebabkan refleksi, dan kemudian menemukan gambar galaksi jauh yang diperbesar di dalam gugus. Pencarian gambar Sloan Digital Sky Survey mengungkapkan sekelompok galaksi di wilayah yang sama dengan gambar yang diperbesar, tetapi mereka tidak muncul dalam survei yang diindeks. Namun, fakta bahwa gambar-gambar aneh berada di tengah-tengah gugusan memperjelas bagi Griffiths bahwa gugusan itu menghasilkan gambar-gambar lentikular.

Langkah selanjutnya para peneliti adalah menentukan apakah ketiga gambar itu dipotret pada jarak yang sama, dan dengan demikian semua gambar terdistorsi dari galaksi jauh yang sama. Pengukuran spektroskopi dengan observatorium Gemini dan WM Keck di Hawaii membantu para peneliti mengkonfirmasi pernyataan ini, menunjukkan bahwa gambar-gambar itu berasal dari galaksi yang terletak lebih dari 11 miliar tahun cahaya.

Galaksi yang jauh, berdasarkan rekonstruksi gambar ketiga dengan lensa, tampak seperti pusaran zigzag dengan pembentukan bintang yang terus menerus.

Pada waktu yang hampir bersamaan dengan pengamatan spektroskopi yang dilakukan oleh Griffith dan mahasiswa sarjana di Hilo, sekelompok peneliti terpisah di Chicago menentukan massa dan mengukur jaraknya menggunakan data Sloan. Cluster ini terletak lebih dari 7 miliar tahun cahaya.

Tetapi dengan begitu sedikit informasi tentang cluster, tim Griffiths masih berjuang dengan bagaimana menjelaskan bentuk lensa yang tidak biasa ini. “Lensa gravitasi ini sangat berbeda dari kebanyakan lensa yang pernah dipelajari Hubble sebelumnya, khususnya dalam survei kluster Hubble Frontier Fields,” jelas Griffiths. “Anda tidak perlu menatap gugusan itu terlalu lama untuk menemukan banyak lensa. Di objek ini, ini adalah satu-satunya lensa yang kami miliki. Dan kami bahkan tidak tahu tentang gugus itu pada awalnya.”

Pemetaan Tak Terlihat

Saat itulah Griffith menghubungi pakar teori lensa gravitasi, Jenny Wagner dari Universitas Heidelberg di Jerman. Wagner mempelajari objek serupa dan, bersama rekannya Nicholas Tessur, sekarang di Universitas Manchester di Inggris, mengembangkan program komputer untuk menginterpretasikan lensa unik seperti ini. Perangkat lunak mereka membantu tim menemukan bagaimana tiga gambar muncul dengan lensa. Mereka menyimpulkan bahwa materi gelap di sekitar gambar yang diperluas harus “halus” didistribusikan di ruang angkasa pada skala kecil.

“Sangat bagus bahwa kita hanya membutuhkan dua bayangan cermin untuk mendapatkan ukuran seberapa kental materi gelap di posisi ini,” kata Wagner. “Di sini, kami tidak menggunakan model lensa apa pun. Kami hanya mengambil apa yang dapat diamati dari beberapa gambar dan fakta bahwa mereka dapat diubah menjadi satu sama lain. Mereka dapat dilipat bersama dengan metode kami. Ini benar-benar memberi kami gambaran tentang seberapa halus materi gelap di dua posisi ini.”

Temuan ini penting, kata Griffiths, karena para astronom masih belum tahu apa itu materi gelap, hampir satu abad setelah ditemukan. Kita tahu bahwa itu adalah bentuk materi, tetapi kita tidak tahu partikel itu terbuat dari apa. Jadi kita tidak tahu bagaimana dia berperilaku sama sekali. Kita hanya tahu bahwa ia memiliki massa dan tunduk pada gravitasi. Pentingnya batas ukuran dalam aglomerasi, atau kehalusan, adalah bahwa mereka memberi kita beberapa petunjuk tentang apa itu partikel. Semakin kecil materi gelap, semakin besar partikelnya.”

Makalah tim muncul di edisi September Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.

Referensi: “Tubuh Hamilton – Galaksi Gugus yang Membentang Sepanjang Gravitasi Kaustik dari Kerumunan Galaksi: Kendala Pengelompokan Materi Gelap” oleh Richard E. Griffiths, Mitchell Rudisel, Jenny Wagner, Timothy Hamilton, Bo Chih Huang dan Caroline Felforth, 17 Mei, 2021, Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stab1375

Teleskop Luar Angkasa Hubble adalah proyek kolaborasi internasional antara NASA dan Badan Antariksa Eropa (ESA). Teleskop ini dioperasikan oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland. Institut Sains Teleskop Luar Angkasa (STScI) di Baltimore, Maryland, melakukan operasi sains Hubble. STScI dioperasikan untuk NASA oleh Konsorsium Universitas untuk Penelitian Astronomi di Washington, DC