Saat NASA bersiap meluncurkan Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman yang baru akhir pekan ini, Prof Don Figer dari Institut Teknologi Rochester meneliti tujuan teleskop dan asal usulnya dalam pesawat mata-mata AS.
Versi artikel ini awalnya diterbitkan oleh The Conversation (CC BY-ND 4.0)
NASA berencana untuk segera meluncurkan teleskop luar angkasa baru yang akan mensurvei satu miliar galaksi untuk melacak bagaimana alam semesta berevolusi dari waktu ke waktu, semua berkat program mata-mata Amerika dan penelitian teknologi detektor selama puluhan tahun.
Teleskop yang dikenal dengan nama Nancy Grace Roman Space Telescope ini pertama kali dikembangkan oleh National Reconnaissance Office, sebelum dipindahkan ke NASA pada tahun 2012. Badan intelijen tersebut tidak lagi membutuhkan perangkat keras untuk misi masa depan, sehingga mengirimkan teleskop yang tidak terpakai tersebut ke NASA. Badan antariksa tersebut menghabiskan lebih dari satu dekade untuk melakukan modifikasi dan bertujuan untuk meluncurkan teleskop ke luar angkasa pada awal 30 Agustus 2026.
Setelah berada di posisinya, teleskop akan mengambil data yang diharapkan oleh para astronom seperti saya dapat membantu menjawab beberapa pertanyaan paling membingungkan di bidang ini.
Tujuan ilmiah Romawi
Anda dapat mengharapkan banyak penemuan menarik dari teleskop baru ini karena teleskop ini dibuat untuk melihat ke seluruh alam semesta dan mempelajari distribusi tiga dimensi materi gelap. Meskipun para ilmuwan belum pernah mengamatinya secara langsung, materi gelap menghasilkan efek yang tidak terlihat pada objek di alam semesta, mirip dengan yang dihasilkan oleh materi yang terlihat.
Demikian pula, Roman akan melihat ledakan bintang yang disebut supernova yang memungkinkan para astronom mengukur seberapa cepat alam semesta mengembang. Pengukuran tersebut akan membantu para astronom mengukur berbagai tingkat ekspansi alam semesta. Materi gelap dan energi gelap, yang juga belum diamati secara langsung, merupakan sumber dari sebagian besar energi di alam semesta, namun sifat fisiknya tidak diketahui.
Di dekat rumahnya, Roman akan memantau variasi kecil cahaya dari bintang-bintang di dekat pusat galaksi Bima Sakti untuk menyimpulkan keberadaan planet jahat yang melayang di antara bintang-bintang tersebut. Saat sebuah planet lewat di depan sebuah bintang, ia mengganggu sebentar dan memperbesar cahaya dari bintang di belakangnya, sehingga memastikan keberadaannya.
Terakhir, Roman memiliki instrumen coronagraph yang akan menguji teknologi tersebut untuk misi masa depan yang berencana mendeteksi planet mirip Bumi di sekitar bintang lain. Koronagraf menghalangi sebagian besar cahaya dari sebuah bintang sehingga para astronom dapat mendeteksi planet-planet yang jauh lebih redup yang mengorbitnya. Untuk planet mirip Bumi yang mengelilingi bintang mirip Matahari, bintang induknya bisa 10 miliar kali lebih terang dari planetnya.
Koronagraf teleskop Romawi akan membantunya mempelajari planet-planet jauh saat mereka lewat di depan sebuah bintang.
Dari teleskop mata-mata hingga survei alam semesta
Ketika NASA menerima Roman, tantangan mengenai desain mata-mata teleskop berubah menjadi sebuah peluang. Teleskop ini memiliki bidang pandang yang luas, setidaknya dibandingkan dengan kebanyakan teleskop luar angkasa yang dibuat untuk astronomi. Artinya, ia dapat melihat sebagian besar langit sekaligus. Ada peluang – meskipun teleskop seperti Teleskop Luar Angkasa Hubble melihat bidang sempit dengan sangat mendalam, Roman akan dapat melihat bidang yang jauh lebih besar.
Kamera Roman memiliki bidang yang luas karena teleskop mata-matanya memberikan optik yang sangat cepat. Artinya, ia memiliki panjang fokus yang relatif pendek – jarak antara cermin dan titik fokus cahaya – dibandingkan diameter cerminnya. Secara efektif, teleskop dapat memproyeksikan bagian langit yang jauh lebih besar ke area tetap di teleskop, yang disebut bidang fokus. Diameter cerminnya kira-kira sama dengan cermin Hubble, namun ia dapat menangkap area sekitar seratus kali lebih besar per gambar.
Ilmu pengetahuan yang besar, detektor yang besar
Salah satu modifikasi yang dilakukan NASA termasuk membangun bidang fokus besar, komponen teleskop yang mengumpulkan cahaya, yang terdiri dari 18 detektor inframerah-dekat dengan area luas. Detektor ini hampir identik dengan yang ada di Teleskop Luar Angkasa James Webb, tetapi jumlah pikselnya empat kali lipat. Mereka akan menangkap cahaya inframerah, yang memiliki panjang gelombang lebih panjang daripada cahaya yang bisa dilihat mata manusia. Namun meskipun masing-masing detektor di Webb memiliki empat megapiksel, atau 4m piksel, detektor Roman memiliki sekitar 16 megapiksel, menjadikan cakupan penuh dari 18 detektor tersebut menjadi sekitar 300 megapiksel.
Detektor ini merupakan keajaiban modern dan mewakili puncak dari warisan panjang teknologi baru yang memungkinkan penemuan baru.
Saya bekerja dengan rekan-rekan saya di awal tahun 2000-an untuk memajukan teknologi yang digunakan pada detektor jenis ini – versi yang telah digunakan pada Hubble dan Webb. Kami mengukur di laboratorium bagaimana kinerja detektor dalam lingkungan ruang simulasi. Kami perlu memastikan bahwa mereka masih bisa merasakan sinyal kecil sekalipun di luar angkasa, yang memungkinkan teleskop menangkap cahaya dari planet, bintang, dan galaksi yang sangat redup.
Kita sekarang melihat hasil dari upaya tersebut dalam gambar-gambar indah yang dihasilkan Webb, termasuk galaksi-galaksi muda yang membingungkan di awal alam semesta. Saya sangat antusias melihat gambar yang akan dihasilkan Roman, menggunakan iterasi terbaru dari teknologi ini.
Teknologi baru dan warisan penemuan
Para astronom sudah tidak sabar menunggu penemuan astronomi yang akan dihasilkan oleh Roman dan detektor inframerah ultrasensitifnya. Tapi bagaimana kita bisa memiliki ekspektasi yang begitu tinggi terhadap observatorium luar angkasa yang bahkan belum lepas landas?
Itu karena teknologi mendahului penemuan. Detektor Roman adalah iterasi terbaru dalam sejarah panjang kesuksesan ilmiah. Anda dapat langsung mengaitkan Hadiah Nobel yang tak terhitung jumlahnya ke teleskop.
Tim fisikawan yang menyimpulkan keberadaan energi gelap menerima Hadiah Nobel pada tahun 2011. Pengamatan yang mereka gunakan berasal dari rangkaian baru detektor pencitraan digital sensitif yang disebut perangkat berpasangan muatan, atau CCD, yang ditemukan pada awal tahun 1970an. Perangkat ini membantu para astronom mengukur seberapa cepat bintang bergerak di ruang angkasa, yang mendukung gagasan bahwa ruang angkasa dipenuhi dengan materi ‘gelap’ yang tidak diketahui.
Validasi penting dari penelitian pemenang Hadiah Nobel tersebut berasal dari detektor inframerah-dekat yang menggunakan teknologi yang sama seperti Roman.
Demikian pula, Hadiah Nobel untuk penemuan lubang hitam supermasif di pusat galaksi Bima Sakti diberikan kepada para peneliti yang menggunakan berbagai instrumen inframerah pada teleskop besar berbasis darat.
Semua teleskop ini telah dilengkapi dengan detektor inframerah baru. Faktanya, Hadiah Nobel ini menyoroti dampak dari tiga teknologi: detektor inframerah, teleskop besar, dan optik adaptif.
Bagian dari siklus yang berkelanjutan
Orang sering menganggap penemuan ilmiah sebagai bola lampu eureka di atas kepala ilmuwan yang brilian, namun penemuan jarang terjadi seperti itu. Seringkali, seseorang menggunakan teknologi baru untuk melihat sesuatu yang, hingga saat itu, masih belum terlihat.
Galileo menggunakan teleskop untuk mengamati bulan-bulan Jupiter yang sebelumnya tidak terlihat. Kemudian, teknologi berikutnya menggantikan mata manusia dengan pelat fotografi pada abad ke-19, yang menghasilkan survei sensitif seluruh langit yang pertama. Survei-survei ini menghasilkan banyak penemuan astronomi, termasuk fakta bahwa alam semesta mengembang.
Pada tahun 1970-an, detektor elektronik mengambil alih pelat fotografi, meningkatkan sensitivitas detektor dengan urutan besarnya. Keuntungan ini kemudian ditransfer ke inframerah, bukan hanya cahaya tampak, membuka jendela baru ke alam semesta dan gelombang penemuan lainnya.
Dan sekarang giliran Roman. Namun Roman tidak akan lama lagi menjadi yang terdepan, karena NASA sudah merancang teleskop luar angkasa berikutnya.
Badan tersebut sedang mengembangkan Observatorium Dunia yang Dapat Dihuni, sebuah misi luar angkasa masa depan dengan tujuan untuk secara langsung menggambarkan planet-planet mirip Bumi di sekitar bintang-bintang terdekat dan mengidentifikasi tanda-tanda kehidupan di alam semesta.
Mari berharap perjalanan ke luar angkasa berjalan lancar bagi Roman. Sementara itu, para ilmuwan sudah merencanakan penemuan generasi berikutnya, satu demi satu detektor baru.
Oleh Prof Don Figer
Don Figer adalah profesor di Fakultas Sains dan pendiri serta direktur Laboratorium Detektor Pencitraan Rochester, Pusat Detektor, dan Inisiatif Foton Masa Depan di Institut Teknologi Rochester. Dia sebelumnya adalah salah satu pendiri dan direktur Laboratorium Pengujian Detektor Independen di Institut Sains Teleskop Luar Angkasa, di mana dia memimpin tim untuk melakukan karakterisasi kompetitif prototipe detektor inframerah untuk Teleskop Luar Angkasa James Webb.