[비즈한국] Satu lagi teleskop ruang angkasa yang akan meneruskan jejak Hubble dan James Webb telah meluncur menuju antariksa. Teleskop tersebut adalah Teleskop Ruang Angkasa Nancy Grace Roman, yang diluncurkan dengan roket Falcon Heavy dari landasan peluncuran 39 di Kennedy Space Center, Amerika Serikat, pada 30 Agustus lalu (waktu setempat).
Sederhananya, Roman adalah teleskop dengan "bola mata" seukuran Hubble, namun mampu menatap langit 100 kali lebih luas. Roman mampu menyisir alam semesta dengan begitu cepat sehingga pengamatan yang membutuhkan waktu 100 tahun bagi Hubble, dapat diselesaikan oleh Roman hanya dalam waktu satu bulan. Sifatnya pun berbeda dari teleskop ruang angkasa konvensional yang berfokus pada pengamatan mendalam terhadap satu objek langit tertentu.
Ibu Hubble, Nancy Grace Roman
Nancy Grace Roman memimpin program astronomi luar angkasa di NASA pada tahun 1959, ketika konsep teleskop ruang angkasa itu sendiri masih asing dan diterima dengan skeptis. Setelah mendapatkan persetujuan yang sulit dari Kongres, ia memainkan peran penting dalam mewujudkan mimpi besar yang kelak melahirkan Teleskop Ruang Angkasa Hubble. Oleh karena itu, ia sering dijuluki sebagai ‘Ibu Hubble’.
Nama asli teleskop yang kini disebut sebagai Teleskop Ruang Angkasa Roman jauh lebih sederhana. Teleskop ini awalnya disebut WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) karena fungsinya yang mengamati alam semesta inframerah dengan sudut pandang yang luas. Namun, setelah Nancy Roman wafat pada tahun 2018, namanya disematkan pada teleskop tersebut untuk menghormati pencapaiannya. Sosok yang berkontribusi dalam melahirkan Hubble kini akhirnya menatap alam semesta melalui teleskop ruang angkasa yang lain.
Melihat langit 100 kali lebih luas dengan cermin yang sama seperti Hubble
Diameter cermin utama Roman tepat 2,4 meter, sama persis dengan Hubble. Dibandingkan dengan James Webb yang memiliki cermin utama jauh lebih besar yang terdiri dari gabungan beberapa cermin, Roman mungkin terasa seperti teleskop kecil. Namun, kunci dari Roman bukan terletak pada ukuran cerminnya, melainkan pada sistem optik dan metode pengamatannya.
Jika Hubble dikhususkan untuk menatap bagian langit yang sempit secara mendalam dan presisi, Roman dirancang untuk mengamati wilayah yang jauh lebih luas sekaligus dengan tingkat presisi yang setara.
Pada teleskop pada umumnya, cahaya yang dikumpulkan paling tajam di pusat bidang pandang. Sebaliknya, karena Roman harus memperoleh sudut pandang yang sangat luas secara sekaligus, sistem optiknya dikonfigurasi untuk mempertahankan kualitas gambar yang merata bahkan di wilayah yang luas di sekitar pusat. Detektornya pun tidak hanya terkumpul di tengah bidang pandang teleskop, melainkan disusun secara efisien untuk menutupi bidang fokus yang luas.
Kamera sudut lebar Roman memiliki resolusi sekitar 300 megapiksel. Ukuran langit yang ditanggung oleh satu piksel adalah sekitar 0,11 detik busur, dan area langit yang dapat ditangkap dalam sekali jepretan lebih luas daripada bulan purnama. Jika dibandingkan dengan bidang pandang Hubble, cakupannya mencapai hampir 100 kali lipat.
Namun, memperluas bidang pandang saja tidak menyelesaikan semua masalah. Jika bidang pandangnya sempit, kita hanya perlu mengamati objek target di tengah layar dengan tajam. Namun, semakin luas bidang pandangnya, jumlah bintang dan galaksi yang masuk ke dalam satu layar meningkat drastis. Objek di posisi mana pun di layar harus terlihat sama tajamnya, dan cahaya bintang harus tertangkap secara stabil di seluruh bidang fokus yang luas. Roman memiliki teknologi optik canggih yang terintegrasi untuk mewujudkan hal tersebut.
Mengapa Roman diperlukan
Meskipun sudah ada beberapa teleskop ruang angkasa seperti Hubble dan James Webb, alasan mengapa Roman yang baru diperlukan sangat jelas. Hal ini karena peran yang dijalankan Roman benar-benar berbeda dari teleskop yang ada saat ini.
Area yang dapat diamati oleh Roman pada satu waktu mencapai sekitar 59% dari total langit. Alih-alih menjadi teleskop yang mengamati objek individu yang jauh secara mendalam untuk waktu yang lama seperti Hubble, Roman lebih menyerupai teleskop survei yang menyisir langit luas dengan cepat untuk menemukan berbagai objek dan fenomena seperti supernova, planet luar tata surya, dan galaksi.
Jika Roman menemukan objek yang unik saat menyisir langit luas, maka Hubble atau James Webb dapat mengamati target tersebut lebih dalam dan tajam nantinya. Pembagian peran yang efisien antara Roman yang menemukan target di area luas dan Hubble/James Webb yang mengamati objek spesifik secara presisi menjadi mungkin.
Dalam hal ini, misi Roman justru mirip dengan Teleskop Ruang Angkasa Euclid milik Badan Antariksa Eropa yang meluncur lebih dulu. Euclid mengamati langit luas seluas sekitar 15.000 derajat persegi. Area survei Roman memang lebih kecil, namun ia menatap alam semesta dengan resolusi spasial yang lebih tinggi.
Observatorium Vera C. Rubin di Chili yang baru saja memulai pengamatan skala penuh juga menyisir langit spektrum cahaya tampak dengan cepat menggunakan kamera raksasa beresolusi 3,2 miliar piksel. Observatorium Rubin memiliki bidang pandang yang jauh lebih luas daripada Roman, namun karena ia merupakan teleskop berbasis darat, ia tidak bisa lepas dari gangguan atmosfer. Sebaliknya, Rubin mengamati langit yang sama dengan cahaya tampak, sementara Roman dengan inframerah dekat. Menggabungkan kedua data ini memungkinkan kita membandingkan karakteristik berbagai objek langit yang berubah tergantung pada panjang gelombangnya.
Peta alam semesta raksasa yang akan digambar oleh Roman akan memainkan peran penting dalam mempelajari materi gelap dan energi gelap yang tersembunyi di seluruh penjuru kosmos. Metode pertama adalah lensa gravitasi. Materi gelap yang ada di seluruh penjuru alam semesta membuat ruang-waktu melengkung, serta secara halus mendistorsi dan meregangkan penampakan galaksi di belakangnya.
Sulit untuk menilai secara akurat seberapa besar distorsi galaksi yang diamati karena kita tidak tahu bagaimana bentuk aslinya hanya dengan mengamati satu galaksi. Namun, jika kita mengamati bentuk ratusan juta galaksi secara bersamaan dan membandingkannya secara statistik, situasinya akan berbeda. Dengan menganalisis ke arah mana dan seberapa jauh rata-rata gambar galaksi tersebut melengkung dan meregang, kita dapat melacak balik distribusi materi gelap yang ada di antaranya. Bidang pandang Roman yang luas sangat menguntungkan untuk mengukur efek lensa gravitasi lemah berskala besar seperti ini.
Membaca sejarah ekspansi alam semesta melalui distribusi galaksi
Metode kedua adalah memetakan distribusi 3D galaksi di ruang angkasa.
Dengan mengukur spektrum galaksi individu menggunakan spektrograf yang terpasang pada Roman dan mencari pergeseran merah (redshift), kita dapat memperkirakan jarak ke galaksi tersebut. Dengan cara ini, kita dapat membuat peta galaksi raksasa yang tidak hanya memuat posisi 2D di langit, tetapi juga informasi kedalaman berdasarkan jarak.
Di dalamnya juga masih tersisa jejak ‘Baryon Acoustic Oscillation (BAO)’, yaitu tanda yang terbentuk pada masa ketika materi dan cahaya di alam semesta awal setelah Big Bang masih saling terikat. Dengan mengukur seberapa jauh rata-rata jarak antar galaksi dan melacak bagaimana jarak tersebut berubah sepanjang sejarah alam semesta, kita dapat mengetahui sejarah ekspansi alam semesta.
Ini pada akhirnya menjadi petunjuk penting untuk mengetahui berapa banyak materi gelap dan energi gelap yang ada di alam semesta, serta pengaruh apa yang diberikan energi gelap terhadap ekspansi alam semesta.
Metode ketiga adalah mengamati penampakan alam semesta yang berubah seiring waktu secara berulang.
Roman akan mengamati langit yang sama secara berulang dengan interval tertentu. Jika area yang sama dipotret berkali-kali, kita dapat menemukan objek langit yang tiba-tiba muncul atau menghilang dalam hitungan hari, dan menangkap perubahan cahaya bintang yang terang-redup dalam siklus tertentu.
Melalui pengamatan deret waktu ini, para astronom berharap dapat menemukan lebih dari 20.000 supernova baru. Supernova adalah objek langit yang sangat penting untuk memahami evolusi alam semesta. Karena sangat terang, mereka dapat diamati bahkan dari jarak yang sangat jauh, dan jenis supernova tertentu digunakan sebagai lilin standar untuk mengukur jarak astronomis. Konsep energi gelap pun muncul dari penelitian yang mengukur jarak ke galaksi jauh menggunakan supernova dan menyelidiki sejarah ekspansi alam semesta.
Secara khusus, dua jenis pengamatan menggunakan distribusi spasial galaksi dan supernova baru-baru ini menjadi semakin menarik dalam kosmologi. Penelitian terbaru yang mengukur Baryon Acoustic Oscillation di seluruh penjuru alam semesta memunculkan kemungkinan bahwa energi gelap berubah seiring waktu dan kekuatannya tampak melemah. Di sisi lain, muncul juga isu bahwa kecerahan supernova itu sendiri mungkin sedikit berubah seiring dengan era alam semesta. Jika demikian, ini juga dapat dikaitkan dengan kemungkinan bahwa energi gelap tidak selalu konstan.
Ini adalah saat di mana perdebatan baru mengenai hakikat energi gelap, yang telah lama menjadi salah satu misteri terbesar kosmologi, dimulai. Saat inilah observasi peta galaksi berskala besar dan supernova yang akan dilakukan oleh Roman memiliki makna yang sangat penting.
Revolusi lain yang akan dibawa Roman: Data
Inovasi penting Roman tidak hanya terletak pada peralatan pengamatan, tetapi juga pada cara menangani data. Roman dijadwalkan menghasilkan rata-rata sekitar 1,4 TB data pengamatan per hari. Total data yang terkumpul selama 5 tahun mencapai sekitar 20 PB (petabyte, 10 pangkat 15). Ini adalah skala yang jauh lebih besar daripada seluruh data yang dikumpulkan Hubble selama beberapa dekade terakhir.
Poin yang lebih penting adalah fakta bahwa data ini tidak akan dimonopoli oleh tim peneliti tertentu dalam waktu lama, melainkan akan dibuka untuk para astronom di seluruh dunia segera setelah pemrosesan awal selesai.
Namun, karena skala datanya yang terlalu besar, metode mengunduh langsung semua materi ke komputer pribadi untuk dianalisis tidak realistis. Sebaliknya, metode menyimpan data raksasa di satu tempat dan peneliti mengakses lingkungan cloud untuk melakukan analisis yang diperlukan menjadi semakin penting.
Karena jumlah data melampaui kemampuan manusia untuk memeriksanya satu per satu, peran kecerdasan buatan (AI) dan pembelajaran mesin (machine learning) pun semakin besar. Alat pembelajaran mesin sedang dikembangkan untuk menghasilkan gambar beresolusi tinggi yang mirip dengan pengamatan aktual, mengklasifikasikan jutaan galaksi secara otomatis, dan menemukan objek unik yang kecerahannya berubah secara tiba-tiba.
Di masa lalu, proyek sains warga di mana masyarakat dunia berpartisipasi memainkan peran penting dalam mengklasifikasikan data astronomi yang luas. Kini, hasil sains warga yang terakumulasi tersebut kembali menjadi data pelatihan yang luar biasa untuk melatih kecerdasan buatan. Bisa dibilang, era di mana kecerdasan buatan yang mempelajari alam semesta yang diklasifikasikan manusia mulai menganalisis alam semesta yang lebih besar secara cepat dan efisien telah dimulai.
Alam semesta baru yang luas dan presisi
Alam semesta yang diperlihatkan oleh Hubble dan James Webb telah meninggalkan kesan mendalam bagi umat manusia. Namun, Roman adalah teleskop dengan dimensi yang berbeda. Jika Hubble dan James Webb menggali secara dalam dan presisi di area kecil tertentu di alam semesta, Roman menatap alam semesta yang jauh lebih luas sekaligus dengan mata yang sama presisinya. Satu foto yang akan diambil oleh Roman tidak hanya memuat beberapa bintang terang atau satu galaksi yang indah. Banyak bintang dan galaksi akan terekam secara bersamaan, dan distribusi materi gelap yang mengisi ruang di antaranya hingga sejarah ekspansi alam semesta akan ikut terpatri di dalamnya.
Ketika mata baru untuk menatap alam semesta terbuka, wajah alam semesta yang kita kenal pun bisa berubah. Alam semesta selanjutnya yang akan diperlihatkan oleh Teleskop Ruang Angkasa Nancy Grace Roman akan menjadi pemandangan yang berbeda dari alam semesta yang dibuka oleh Hubble dan James Webb.
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton ‘Galaxy Express 999’, ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia aktif sebagai asisten profesor di Fakultas Studi Liberal Universitas Sejong, melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Ia menulis buku seperti ‘Tentang Ketidakbergunaan Astronom’, ‘Kita Semua Terlahir sebagai Astronom’, dan ‘Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta’, serta menerjemahkan ‘Bagaimana Saya Membunuh Pluto’, ‘Quantum Life’, ‘UFO’, dan lainnya.