[비즈한국] Menggunakan data dari Teleskop Luar Angkasa James Webb, satu potongan dari peta alam semesta terbesar dalam sejarah telah diselesaikan. Kini, siapa pun dapat menelusuri setiap sudut peta tersebut. Sekilas, foto ini mungkin tampak seperti gambar yang biasa saja dan tidak menarik. Namun, jika Anda melihatnya secara langsung, pemikiran Anda akan berubah.
Apakah Anda ingat gambar Deep Field yang pertama kali dirilis dari observasi James Webb pada Juli 2022? Wilayah langit yang dicakup oleh foto tersebut sangatlah kecil. Ia membidik area langit yang sangat sempit, hampir seukuran sebutir pasir yang Anda pegang di ujung lengan yang terentang. Seperti inilah James Webb memiliki bidang pandang yang sangat terbatas. Dibutuhkan waktu yang luar biasa lama untuk mengisi peta seluruh alam semesta dengan bidang pandang sekecil sebutir pasir.
Namun, potongan peta alam semesta yang baru diselesaikan ini mencakup area yang cukup luas, bahkan lebih dari cukup untuk memenuhi satu bulan purnama di langit. Jika mempertimbangkan betapa sempitnya bidang pandang James Webb dalam sekali bidik, Anda bisa merasakan betapa banyaknya data observasi yang dikerahkan untuk satu potongan peta ini. Foto yang dirilis kali ini saja memuat lebih dari 800.000 galaksi. Karena siapa pun dapat melihat dan menjelajahi setiap sudut foto dengan resolusi tinggi, saya harap Anda memeriksanya sendiri.
Saat memotret gambar Deep Field, mungkin terlihat seolah-olah kita bisa membidik ke arah mana saja, namun kenyataannya tidak demikian. Meskipun kita membidik potongan langit gelap yang tampak kosong, diperlukan penetapan target yang sangat teliti. Hal ini dikarenakan langit di sekitar kita penuh dengan gangguan yang menghalangi pandangan kita terhadap cahaya redup dari alam semesta 13 miliar tahun yang lalu.
Pertama, piringan Bima Sakti tempat kita tinggal adalah gangguan yang paling menjengkelkan. Kita hidup di bagian luar piringan galaksi raksasa dengan diameter 100.000 tahun cahaya. Galaksi Bima Sakti yang kita lihat adalah penampang piringan galaksi tersebut yang dilihat dari samping. Bima Sakti ini menutupi sekitar 20–30% dari total bidang pandang langit malam di atas kepala kita. Bahkan, area yang tertutup oleh Bima Sakti dijuluki dengan istilah negatif sebagai "Zone of Avoidance" (Zona Penghindaran). Untuk memotret Deep Field yang jelas, kita harus membidik langit yang tidak terhalang oleh Bima Sakti.
Ada satu hal lagi yang harus diperhatikan saat memotret Deep Field dengan James Webb. James Webb mengamati alam semesta dalam spektrum inframerah. Namun, awan debu gas yang mengandung hidrogen melayang di mana-mana di ruang angkasa. Awan-awan ini, yang dipanaskan suam-suam kuku oleh cahaya bintang dan galaksi di sekitarnya, memancarkan cahaya inframerah yang terang. Jika awan gas terbentang luas dan menutupi alam semesta latar belakang di baliknya, maka inframerah redup yang datang dari alam semesta yang lebih jauh akan terkubur. Oleh karena itu, tempat yang dibidik James Webb untuk Deep Field haruslah arah yang tidak terhalangi oleh awan gas.
Faktanya, ketika Teleskop Luar Angkasa Hubble mengambil foto Deep Field yang bersejarah sebelumnya, mereka juga mempertimbangkan berbagai kondisi rumit ini untuk menentukan arah bidikan. Hasilnya, mereka membidik area kecil di langit dekat rasi bintang Ursa Major, dan menemukan ribuan galaksi di potongan langit sekecil lubang jarum tersebut.
Namun, Hubble pun memiliki keterbatasan. Hubble terutama mengamati spektrum cahaya tampak. Berkat pembaruan di mana para astronot naik secara langsung untuk mengganti peralatan baru, Hubble juga dapat mengamati sebagian spektrum inframerah dan ultraviolet. Namun, hal ini belum cukup untuk melihat masa reionisasi, yaitu saat bintang dan galaksi pertama di awal alam semesta baru saja mulai memancarkan cahaya setelah Big Bang. Karena alam semesta telah mengembang secara seragam selama 13,8 miliar tahun terakhir, panjang gelombang cahaya yang datang dari alam semesta yang jauh telah meregang secara dramatis. Untuk melihat cahaya dari masa lalu yang jauh tidak lama setelah Big Bang, kita harus melihat cahaya yang mencapai inframerah tengah yang lebih panjang. James Webb sedang melakukan tugas tersebut.
Peta alam semesta yang dirilis kali ini dibuat menggunakan data Cycle 1 yang dikumpulkan selama tahun pertama operasional Teleskop Luar Angkasa James Webb. Salah satu tujuan utama James Webb adalah melihat langsung masa reionisasi, di mana bintang dan galaksi yang menyilaukan di awal mula diperkirakan telah mengionisasi seluruh alam semesta untuk beberapa waktu. Periode ini terjadi saat usia alam semesta baru sekitar 300 hingga 500 juta tahun setelah Big Bang. Ini berarti kita melihat kondisi 13,5 miliar tahun yang lalu, saat alam semesta sebenarnya baru hidup sekitar 1–2% dari usianya saat ini.
Untuk tujuan ini, para astronom sedang menjalankan proyek yang disebut Cosmic Evolution Survey atau disingkat COSMOS. Dalam proyek ini, James Webb membidik ruang gelap yang kosong dan membosankan, tanpa galaksi khusus atau awan gas. Oleh karena itu, bidikan diarahkan ke arah rasi bintang Sextans, rasi bintang yang sangat kecil yang dapat dilihat di langit belahan selatan, yang sedikit lebih datar dibandingkan dengan langit belahan utara yang memiliki banyak objek wisata langit. (Sayangnya, wilayah bidang COSMOS tidak dapat dilihat dari Korea.)
Selama satu tahun terakhir, James Webb secara berkala mengumpulkan cahaya purba yang datang dari langit kecil di dekat rasi bintang Sextans. Jika total waktu paparan untuk mengumpulkan cahaya tersebut digabungkan, jumlahnya mencapai 255 jam. Dengan menggunakan NIRCam milik James Webb, gambar berwarna dibuat menggunakan cahaya dengan panjang gelombang inframerah yang berbeda (F115W, F150W, F277W, F444W). Bidang pandang yang dapat dilihat James Webb dalam satu waktu sangatlah kecil. Ia melihat area sebesar 0,18 deg² (derajat persegi), jauh lebih kecil dari bulan purnama. Ini adalah langit sekecil sebutir pasir. Dengan mengumpulkan potongan langit kecil ini satu demi satu, mereka mengisi peta wilayah langit yang jauh lebih besar, yaitu total 0,54 deg². Mereka menggambar peta sebesar bulan purnama dengan mengumpulkan potongan-potongan sekecil butiran pasir.
Ini adalah potongan peta alam semesta terdalam sekaligus terbesar yang pernah dibuat umat manusia dalam sejarah. Hanya dalam satu foto ini, lebih dari 800.000 galaksi yang berada pada jarak berbeda telah teridentifikasi. Di antaranya, terselip pula cahaya redup dari galaksi yang menyimpan cahaya dari masa lalu yang lebih jauh, lebih dari 13 miliar tahun yang lalu. Ini adalah hasil yang luar biasa jika dibandingkan dengan Hubble Deep Field sebelumnya. Dalam potongan foto terbesar dari Hubble Deep Field sebelumnya, jumlah galaksi yang terkandung di dalamnya paling banyak hanya sekitar 10.000. Namun, James Webb menangkap cahaya lebih dari 800.000 galaksi di dalam potongan langit sekecil ini.
Karena sejak awal mereka memilih arah paling kosong di mana pandangan hampir tidak terhalang oleh bintang dan awan gas Bima Sakti, hampir tidak ada bintang Bima Sakti yang menyilaukan di dalam foto tersebut. Sebaliknya, jika diperhatikan dengan seksama, Anda juga dapat melihat gambar lensa gravitasi yang terdistorsi secara halus di berbagai sudut, menunjukkan kelengkungan ruang dan waktu. Siapa pun dapat dengan mudah menelusuri pemandangan indah ini secara langsung. Melalui tautan di bawah ini, saya berharap para pembaca juga dapat menjelajahi setiap sudut dari potongan puzzle pertama peta alam semesta milik James Webb. Bahkan jika Anda memperbesar foto tanpa batas, Anda akan terus menemukan rangkaian galaksi redup yang baru muncul.
Dengan hadirnya James Webb, kita menyadari fakta bahwa alam semesta telah memiliki keindahannya seperti sekarang ini sejak masa yang jauh lebih awal dari yang kita duga. Alam semesta awal yang dilihat melalui James Webb menunjukkan jumlah galaksi hampir 10 kali lebih banyak daripada tingkat yang kita perkirakan sebelumnya. Selain itu, yang terlihat bukanlah galaksi kerdil kecil yang belum terbentuk dengan baik, melainkan sebagian besar sudah menunjukkan sosok dewasa dengan struktur batang dan lengan spiral yang jelas. Bahkan di alam semesta awal, ditemukan lubang hitam yang cukup masif untuk menandingi lubang hitam supermasif yang hidup di pusat galaksi saat ini. Alam semesta yang tampak "terlalu dewasa", seolah-olah sudah berusia 10 miliar tahun meskipun usia alam semesta baru kurang dari 1 miliar tahun, telah terungkap.
Sebenarnya, bulan purnama pun tidak menempati area yang sangat luas di langit malam. Ia tampak kecil, cukup untuk ditutupi oleh satu jari yang diacungkan di ujung lengan yang terentang. Dan kini, kita baru saja mengisi satu potongan puzzle kecil yang hampir bisa menutupi satu bulan purnama tersebut. Mari kita pikirkan luasnya langit yang terbentang di atas kepala kita. Berapa banyak bulan purnama yang dibutuhkan untuk menutupi seluruh langit? Perhitungan sederhana menunjukkan dibutuhkan sekitar lebih dari 210.000 bulan purnama. Dari 210.000 keping puzzle, kita baru saja menyelesaikan satu keping saja.
Kedalaman potongan puzzle kecil ini mengandung waktu selama 13,8 miliar tahun. Dan di sela-sela galaksi terang yang tampak, sayangnya, terdapat materi gelap dan energi gelap yang penuh, yang tidak bisa kita lihat dengan mata telanjang. Pada abad ke-17, astronom Italia Galileo Galilei menatap langit malam dengan teleskop untuk pertama kalinya dalam sejarah dan mencatat dengan cermat kisah yang diceritakan oleh cahaya bintang. Ia menerbitkan penemuannya dalam sebuah buku berjudul "Sidereus Nuncius". Artinya adalah "Pembawa Berita dari Bintang", sebuah makna yang indah. Ya, bukankah itulah tugas astronomi?
Kita sekarang menyampaikan berita dari bintang yang telah menempuh perjalanan panjang selama 13,8 miliar tahun. Betapa banyaknya kisah yang ingin diceritakan kepada kita oleh cahaya langit malam yang telah terakumulasi selama waktu yang begitu lama. Di dalam kepingan puzzle kecil yang diambil dari langit malam, kisah alam semesta yang panjang telah dirangkum.
Referensi
https://cosmos.astro.caltech.edu/page/cosmosweb
https://cosmos2025.iap.fr/fitsmap/?ra=150.1203188&dec=2.1880050&zoom=1
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023ApJ...954...31C/abstract
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Saat masih kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', dia memiliki mimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, dia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti kuliah dan penulisan. Dia telah menulis buku seperti 'Observatorium yang Sedang PDKT', 'Berpikir Tentang Alam Semesta Sepanjang Hari', dan 'Bintang, Sains Cahaya'.