Para peneliti telah menemukan sebuah galaksi spiral yang besar dan teratur, yang terbentuk tak lama setelah Dentuman Besar. Galaksi ini muncul saat alam semesta baru berusia sekitar 1,5 miliar tahun.
Galaksi yang dinamai Alaknanda ini terlihat dalam observasi oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA sebagai bagian dari survei langit besar. Karena kembaran Bima Sakti ini terlihat pada jarak yang amat jauh, cahayanya telah menempuh perjalanan lebih dari 12 miliar tahun untuk mencapai Bumi. Baru belakangan ini teknologi teleskop menjadi cukup kuat untuk mendeteksi galaksi dengan tingkat detail seperti ini dari era yang begitu awal.
Selama beberapa dekade, para astronom meyakini bahwa galaksi-galaksi di alam semesta awal terlalu turbulen untuk dapat stabil dalam bentuk spiral yang rapi. Bintang-bintang muda dan gas diduga bergerak secara kacau, menghasilkan gumpalan tidak beraturan alih-alih cakram dan lengan yang halus. Observasi Teleskop Luar Angkasa Hubble mendukung pandangan ini, karena galaksi spiral tampak lebih langka di luar jarak sekitar 11 miliar tahun dalam waktu tempuh cahaya.
Penemuan ini mengangkat pertanyaan baru tentang bagaimana struktur seperti itu dapat terbentuk begitu awal.
“Alaknanda mengungkapkan bahwa alam semesta awal mampu melakukan perakitan galaksi dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi dari yang kita perkirakan,” ujar Yogesh Wadadekar, penulis pendamping studi, dalam sebuah pernyataan. “Entah bagaimana, galaksi ini berhasil menghimpun massa bintang setara 10 miliar matahari dan mengaturnya menjadi cakram spiral yang indah hanya dalam beberapa ratus juta tahun. Itu sangat cepat menurut standar kosmik, dan ini memaksa para astronom untuk memikirkan ulang bagaimana galaksi terbentuk.”
VISI Webb yang lebih tajam telah mengungkap banyak galaksi berbentuk cakram dari alam semesta awal, dan kini, sejumlah kecil namun bertambah dari galaksi spiral sejati — termasuk Alaknanda — jauh lebih awal daripada prediksi model-model lama. Teleskop ini menemukan CEERS-2112 dan REBELS-25, dua galaksi spiral, di alam semesta awal masing-masing pada tahun 2023 dan 2024.
Penemuan Alaknanda, yang dilakukan oleh ilmuwan di Pusat Radio Astrofisika Nasional dari Tata Institute of Fundamental Research di India, telah dipublikasikan dalam jurnal Astronomy & Astrophysics.
“Proses fisik yang mendorong pembentukan galaksi — akresi gas, penstabilan cakram, dan kemungkinan perkembangan gelombang densitas spiral — dapat beroperasi dengan efisiensi jauh lebih tinggi daripada yang diprediksi model saat ini,” kata Rashi Jain, penulis utama, dalam suatu pernyataan. “Ini memaksa kami untuk memikirkan ulang kerangka teoretis kami.”
Alaknanda — dinamai dari sungai Himalaya yang merupakan hulu kembar Sungai Gangga — membentang sekitar 32.000 tahun cahaya, setara dengan galaksi spiral modern besar. Ia juga mengandung sejumlah bintang yang sangat banyak.
Citra menunjukkan bahwa galaksi ini sudah memiliki cakram datar yang berotasi dengan dua lengan spiral jelas berbentuk kincir angin klasik. Lengan-lengan ini tampak halus dan simetris, membuat Alaknanda digolongkan sebagai galaksi spiral “rancangan-besar”, yang berarti ia memiliki lengan yang terdefinisi dengan baik, bukan yang tambal-sulam atau terputus.
Sepanjang lengan spiral, para ilmuwan mengamati rangkaian gumpalan terang bintang-bintang baru. Gumpalan ini tampak seperti untaian manik-manik, menandai area di mana gas telah runtuh menjadi kantong padat yang memicu kelahiran bintang baru. Dalam pandangan lain, setiap untaian tampak sebagai bagian dari lengan spiral yang lebih besar.
Tim peneliti dapat melihat detail yang sangat besar pada galaksi jauh tersebut dengan bantuan fenomena alami yang disebut pelensaan gravitasi. Gravitasi gugus galaksi masif bertindak seperti kaca pembesar raksasa di langit, membelokkan dan memperkuat cahaya Alaknanda sehingga tampak dua kali lebih terang.
Untuk memahami sejarah Alaknanda, para peneliti membandingkan kecerahanannya melintasi 21 panjang gelombang cahaya berbeda, mencakup ultraviolet hingga inframerah. Dengan mencocokkan pengukuran tersebut dengan model komputer populasi bintang, mereka memperkirakan bahwa bintang-bintang galaksi itu rata-rata hanya berusia sekitar 200 juta tahun. Artinya, sekitar setengahnya terbentuk dalam ledakan cepat setelah alam semesta sudah berusia lebih dari 1 miliar tahun.
Alaknanda terus tumbuh dengan cepat. Ia membentuk bintang baru dengan laju setara sekitar 63 matahari per tahun — puluhan kali lebih cepat daripada Bima Sakti saat ini. Warna cahaya tertentu bersinar lebih terang dari yang diharapkan karena gas bercahaya di sekitar bintang baru mengeluarkan sinyal kuat, mengkonfirmasi aktivitas pembentukan bintang yang intens di galaksi ini.
Para ilmuwan masih belum tahu bagaimana lengan spiral terbentuk begitu cepat dalam sistem kuno ini. Beberapa teori menyebutkan bahwa lengan itu muncul dari pola densitas yang bergerak lambat di dalam cakram, sementara yang lain menunjuk pada gangguan gravitasi dari galaksi tetangga atau gumpalan gas besar. Alaknanda bahkan tampaknya memiliki galaksi tetangga kecil yang mungkin membantu memicu struktur spiralnya, tetapi diperlukan lebih banyak bukti untuk menarik kesimpulan itu.
Observasi masa depan menggunakan instrumen Webb untuk mengukur gerakan di dalam galaksi, bersama dengan teleskop radio, dapat memetakan bagaimana bintang dan gas Alaknanda mengorbit pusatnya. Data tersebut dapat membantu menentukan apakah cakramnya telah stabil dalam konfigurasi akhir atau apakah lengan spiralnya hanya mewakili suatu fase dalam perkembangannya.