Dengan melihat jauh, kita bisa melihat ke masa lalu. Fakta sederhana namun mengejutkan ini memungkinkan para astronom untuk mengamati foto-foto alam semesta pada waktu yang berbeda, menggunakannya untuk menyatukan sejarah kompleks evolusi kosmik. Dengan setiap teleskop baru yang kita bangun, kita dapat melihat lebih jauh dan lebih awal ke dalam sejarah alam semesta. James Webb Space Telescope (JWST) berharap untuk mengintip kembali ke masa ketika galaksi pertama terbentuk.
Konten terkait
- Temui Penerus Hubble yang Akan Mengintip Waktu
Gagasan bahwa memandang sesuai dengan melihat ke belakang relatif muda. Itu datang dari teori relativitas khusus Einstein, yang menegaskan — antara lain — bahwa cahaya bergerak dengan kecepatan cahaya, dan tidak ada yang bergerak lebih cepat dari itu. Setiap hari, kita hampir tidak pernah mengalami konsekuensi dari konsep ini, karena kecepatan cahaya sangat besar (300.000 km / dtk, atau sekitar satu juta kali lebih cepat daripada pesawat jet) sehingga “waktu perjalanan” ini tidak terlalu penting. Jika kita menyalakan lampu atau seseorang mengirimi kami email dari Eropa, kami melihat peristiwa ini (kami melihat bola lampu menyala, atau menerima email) sebagai instan, karena cahaya hanya membutuhkan sepersekian detik untuk menempuh perjalanan ruangan atau bahkan di seluruh Bumi. Tetapi pada skala astronomi, keterbatasan kecepatan cahaya memiliki implikasi yang mendalam.
Matahari berjarak sekitar 150 juta km jauhnya, yang berarti bahwa cahaya dari matahari membutuhkan waktu sekitar 8 menit dan 20 detik untuk mencapai kita. Ketika kita melihat matahari, kita melihat gambar yang berumur 8 menit. Galaksi tetangga terdekat kita, Andromeda, berjarak sekitar 2, 5 juta tahun cahaya; ketika kita melihat Andromeda, kita melihatnya seperti 2, 5 juta tahun yang lalu. Ini mungkin terdengar seperti banyak pada skala waktu manusia, tetapi ini adalah waktu yang sangat singkat bagi galaksi; gambar "basi" kami mungkin masih merupakan representasi yang baik tentang bagaimana penampilan Andromeda saat ini. Namun, luasnya alam semesta memastikan bahwa ada banyak kasus di mana waktu perjalanan cahaya penting. Jika kita melihat galaksi satu miliar tahun cahaya jauhnya, kita melihatnya seperti satu miliar tahun yang lalu, cukup waktu bagi galaksi untuk berubah secara signifikan.
Jadi seberapa jauh ke masa lalu kita bisa melihat? Jawaban atas pertanyaan ini ditentukan oleh tiga faktor berbeda. Salah satunya adalah fakta bahwa alam semesta "hanya" berumur 13, 8 miliar tahun, jadi kita tidak dapat melihat ke masa lalu ke zaman yang lebih jauh dari awal alam semesta, yang dikenal sebagai Big Bang. Masalah lain — setidaknya jika kita peduli dengan benda-benda astrofisika seperti galaksi — adalah bahwa kita perlu sesuatu untuk dilihat. Alam semesta purba adalah sup mendidih dari partikel elementer. Butuh beberapa waktu bagi partikel-partikel ini untuk mendingin dan menyatu menjadi atom, bintang, dan galaksi. Akhirnya, bahkan begitu benda-benda ini berada di tempatnya, melihatnya dari Bumi miliaran tahun sesudahnya membutuhkan teleskop yang sangat kuat. Kecerahan sumber-sumber fisik berkurang dengan cepat dengan jarak, dan mencoba melihat sebuah galaksi pada jarak 1 miliar tahun cahaya sama sulitnya dengan mencoba melihat lampu mobil sekitar 60.000 mil jauhnya. Mencoba menemukan galaksi yang sama pada jarak 10 miliar tahun cahaya adalah 100 kali lebih sulit.
Sejauh ini, ini telah menjadi faktor pendorong dalam membatasi jarak ke galaksi terjauh yang bisa kita lihat. Sampai tahun 1980-an, semua teleskop kami berbasis di tanah, di mana atmosfer Bumi dan polusi cahaya menghalangi kinerjanya. Meskipun demikian, kami sudah mengetahui galaksi lebih dari 5 miliar tahun cahaya. Peluncuran Teleskop Luar Angkasa Hubble pada tahun 1990 memungkinkan kami untuk memecahkan rekor jarak ini berkali-kali dan, saat saya menulis ini, galaksi terjauh yang diketahui terletak 13, 4 miliar tahun yang mengejutkan di masa lalu.
JWST akan menggunakan cahaya inframerah untuk mempelajari setiap fase dalam sejarah kosmik, mulai dari cahaya bercahaya pertama setelah Big Bang hingga pembentukan sistem bintang yang mampu mendukung kehidupan di planet-planet seperti Bumi. (NASA) Ini membawa kita pada salah satu masalah utama astronomi modern: sifat apa dari galaksi-galaksi yang jauh yang dapat kita ukur? Sementara pengamatan galaksi terdekat menunjukkan bentuk dan warnanya dengan sangat rinci, seringkali satu-satunya informasi yang dapat kita kumpulkan tentang galaksi yang paling jauh adalah kecerahan keseluruhannya. Tetapi dengan melihatnya dengan teleskop yang peka terhadap frekuensi cahaya di luar jangkauan yang terlihat, seperti ultraviolet, radio dan inframerah, kita dapat mengungkap petunjuk tentang populasi bintang galaksi, serta jaraknya dari kita.
Dengan mengamati galaksi pada frekuensi yang berbeda sebanyak mungkin, kita dapat membuat spektrum, yang menunjukkan seberapa terang galaksi di setiap jenis cahaya. Karena alam semesta mengembang, gelombang elektromagnetik yang dideteksi oleh teleskop kita telah direntangkan di sepanjang jalan, dan kebetulan jumlah bentangan dalam spektrum sebanding dengan jarak galaksi dari kita. Hubungan ini, yang disebut Hukum Hubble, memungkinkan kita untuk mengukur seberapa jauh galaksi-galaksi ini. Spektra juga dapat mengungkapkan sifat-sifat lain, seperti jumlah total massa dalam bintang-bintang, laju di mana galaksi membentuk bintang-bintang dan usia populasi bintang.
Hanya beberapa bulan yang lalu, tim astronom dari AS dan Eropa menggunakan pengamatan dari Hubble Space Telescope dan teleskop ruang angkasa inframerah Spitzer untuk menemukan galaksi terjauh yang diketahui hingga saat ini, GN-z11. Diamati hanya 400 juta tahun setelah Big Bang ("ketika alam semesta hanya 3 persen dari usia saat ini, " menurut peneliti utama Pascal Oesch) ia memiliki massa satu miliar matahari yang digabungkan bersama, sekitar 1/25 dari kita sendiri Bima Sakti.
GN-z11 membentuk bintang sekitar 20 kali lebih cepat, dengan kecepatan luar biasa dari 25 matahari baru per tahun. “Sungguh menakjubkan bahwa sebuah galaksi yang begitu masif hanya ada 200 juta hingga 300 juta tahun setelah bintang-bintang pertama mulai terbentuk. Dibutuhkan pertumbuhan yang sangat cepat, menghasilkan bintang-bintang dengan kecepatan sangat tinggi, untuk membentuk galaksi yang semiliar massa matahari begitu cepat, ”jelas Garth Illingworth, peneliti lain di tim penemuan.
Keberadaan objek masif di masa awal seperti itu berbenturan dengan skenario saat ini dari perakitan kosmik, menghadirkan tantangan baru bagi para ilmuwan yang bekerja pada pemodelan pembentukan dan evolusi galaksi. "Penemuan baru ini menunjukkan bahwa teleskop Webb (JWST) pasti akan menemukan banyak galaksi muda yang mencapai saat galaksi pertama terbentuk, " kata Illingworth.
JWST dijadwalkan untuk diluncurkan pada 2018 dan akan mengorbit di sekitar sistem matahari / Bumi dari lokasi khusus yang berjarak 900.000 mil dari kami. Seperti Hubble, JWST akan membawa beberapa instrumen, termasuk kamera dan spektograf yang kuat, tetapi akan meningkatkan sensitivitas: cermin utamanya akan hampir tujuh kali lebih besar, dan rentang frekuensinya akan meluas lebih jauh ke wilayah inframerah. Rentang frekuensi yang berbeda akan memungkinkan JWST untuk mendeteksi spektrum dengan bentangan yang lebih tinggi, milik objek yang lebih jauh. Ini juga akan memiliki kemampuan unik untuk mengambil spektrum 100 objek secara bersamaan. Dengan JWST, kami berharap untuk mendorong penghalang jarak lebih jauh, ke zaman hanya 150 juta tahun setelah Big Bang, dan untuk menemukan galaksi pertama yang pernah terbentuk. JWST akan membantu kita memahami bagaimana bentuk galaksi berubah seiring waktu, dan faktor apa yang mengatur interaksi dan merger galaksi.
Tetapi JWST tidak hanya akan melihat galaksi. Dengan mengintip alam semesta dalam cahaya inframerah, kita akan dapat melihat melalui tirai tebal debu yang menyelubungi bintang-bintang dan planet-planet yang baru lahir, menyediakan jendela menuju pembentukan sistem tata surya lainnya. Selain itu, instrumen khusus yang disebut coronagraphs akan memungkinkan pencitraan planet-planet di sekitar bintang lain, dan semoga mengarah pada penemuan beberapa planet mirip Bumi yang mampu menampung kehidupan. Bagi siapa pun yang pernah melihat langit dan bertanya-tanya apa yang ada di sana, dekade berikutnya akan menjadi waktu yang sangat menyenangkan.
