Hasil survei MAGAZ3NE mengungkap bahwa sebagian galaksi ultramasif di alam semesta muda sudah berhenti membentuk bintang lebih awal, sementara sebagian lain masih aktif.
Di alam semesta muda, kurang dari dua miliar tahun setelah Dentuman Besar, sudah ada galaksi galaksi raksasa yang berisi lebih dari 100 miliar bintang. Galaksi ultramasif ini menjadi teka-teki, karena warnanya yang merah bisa berarti dua hal yang sangat berbeda, sudah “mati” dan berhenti membentuk bintang, atau masih aktif tetapi tertutup debu yang menyerap cahaya biru dan ultraviolet. Selama ini, sulit membedakan keduanya, sehingga gambaran tentang bagaimana galaksi paling masif berevolusi masih kabur.
Sebuah studi baru dari kolaborasi MAGAZ3NE, MAssive Galaxies at z ~ 3 NEar infrared Survey, kini memberi jawaban yang jauh lebih kaya. Dengan menggabungkan pengamatan pada berbagai panjang gelombang, dari optik dan inframerah dekat hingga inframerah jauh dan radio, tim internasional ini menemukan bahwa alam semesta tidak memilih satu jalur evolusi tunggal untuk galaksi ultramasif. Pada epoch yang sama, ada galaksi yang sudah benar-benar tenang dan hampir tanpa debu, ada yang masih membentuk bintang secara intens tetapi tersembunyi di balik debu tebal, dan ada yang tertangkap sedang dalam proses mematikan pembentukan bintang.
Kunci dari terobosan ini adalah cara pandang yang tidak hanya mengandalkan cahaya tampak dan inframerah dekat. Dalam survei MAGAZ3NE, astronom menggunakan lebih dari 30 malam waktu pengamatan spektroskopi di Observatorium Keck dengan instrumen MOSFIRE. Spektrum ini memberi jarak (redshift) yang sangat presisi dan perkiraan massa bintang yang andal untuk galaksi galaksi jauh. Dengan dasar ini, tim kemudian menambahkan pengamatan inframerah jauh dari ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, dan data radio dari Karl G. Jansky Very Large Array.
Cahaya optik dan inframerah dekat hanya menunjukkan apa yang mampu lolos dari serapan debu. Jika sebuah galaksi kaya gas dan debu masih aktif membentuk bintang di dalamnya, bintang bintang muda yang panas akan banyak memancarkan ultraviolet, namun radiasi ini dengan cepat diserap oleh butiran debu dan dipancarkan kembali pada panjang gelombang inframerah jauh. Galaksi seperti ini bisa tampak merah dan tenang di optik, padahal di balik tirai debu, pembentukan bintang sedang berlangsung.
ALMA menjadi alat penting untuk menyingkap kepalsuan ini. Dengan kepekaan di inframerah jauh dan (sub)milimeter, instrumen tersebut dapat mendeteksi emisi debu dingin dan gas molekul yang menjadi bahan bakar pembentukan bintang. Ketika galaksi yang tadinya diklasifikasikan “tenang” berdasarkan data optik ternyata bersinar terang di inframerah jauh, artinya ada aktivitas tersembunyi yang tidak terlihat di panjang gelombang lebih pendek. Sebaliknya, jika sebuah galaksi merah memang lemah di inframerah jauh dan radio, maka kemungkinan besar galaksi sudah sudah menghentikan pembentukan bintang.
Analisis multi panjang gelombang ini menunjukkan hasil yang mengejutkan. Sebagian besar galaksi ultramasif yang dikaji ternyata sudah sangat tenang, hampir tidak ada bintang baru yang lahir, dan kandungan debunya sangat rendah. Beberapa di antaranya termasuk dalam galaksi masif paling miskin debu yang pernah diidentifikasi pada zaman kosmik sedini ini. Fakta bahwa galaksi seberat itu bisa menghentikan pembentukan bintang dengan cepat dan efisien dalam waktu kurang dari dua miliar tahun setelah awal alam semesta memberi tekanan kuat pada teori pembentukan galaksi.
Di sisi lain, tidak semua kandidat yang sudah diam atau tenang ternyata benar-benar “mati”. Dua galaksi menunjukkan sisa emisi debu yang signifikan. Salah satunya menampakkan tanda tanda pembentukan bintang yang masih berlangsung tetapi sangat terhalang debu, sementara yang lain tampak berada dalam fase peralihan, sebuah galaksi yang baru saja mulai mematikan mesin pembentukan bintangnya. Keduanya memberi gambaran langsung tentang proses quenching, bagaimana sebuah galaksi raksasa berpindah dari fase aktif menjadi tenang.
Keberagaman ini muncul pada massa dan epoch yang kurang lebih sama. Artinya, galaksi ultramasif di alam semesta muda tidak mengikuti skenario seragam. Sebagian tampaknya mengalami pemadaman pembentukan bintang yang sangat cepat, mungkin karena umpan balik energi dari lubang hitam supermasif di pusat atau dari ledakan supernova yang memanaskan dan mengusir gas. Sebagian lain masih memanfaatkan cadangan gasnya, membentuk bintang bintang baru di balik tirai debu lebat.
Bagi kosmologi galaksi, hasil ini penting karena membantu menjelaskan mengapa di alam semesta saat ini ada banyak galaksi elips raksasa yang sudah tua, merah, dan miskin gas. Galaksi semacam itu harus berasal dari nenek moyang ultramasif di alam semesta muda yang berhenti membentuk bintang lebih awal. Studi MAGAZ3NE menunjukkan bahwa pemadaman ini bisa terjadi le
