Teleskop Luar Angkasa Paling Kuat yang Pernah Dibangun Akan Melihat Kembali Ke Zaman Kegelapan Alam Semesta

Beberapa orang menyebut Teleskop Antariksa James Webb NASA sebagai “teleskop yang memakan astronomi. ” Ini adalah teleskop luar angkasa paling kuat pernah dibangun dan bagian rumit dari origami mekanik yang telah mendorong batas-batas rekayasa manusia. Pada 18 Desember 2021, setelah penundaan bertahun-tahun dan pembengkakan biaya miliaran dolar, teleskop itu dijadwalkan untuk diluncurkan ke orbit dan mengantarkan era astronomi berikutnya.

Saya seorang ahli astronomi dengan spesialisasi dalam kosmologi pengamatan—saya telah mempelajari galaksi jauh selama 30 tahun. Beberapa pertanyaan terbesar yang belum terjawab tentang alam semesta berkaitan dengan tahun-tahun awalnya tepat setelah Big Bang. Kapan bintang dan galaksi pertama terbentuk? Mana yang lebih dulu, dan mengapa? Saya sangat gembira bahwa para astronom dapat segera mengungkap kisah tentang bagaimana galaksi dimulai karena James Webb dibangun khusus untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini.

'Abad Kegelapan' Alam Semesta

Bukti yang sangat baik menunjukkan bahwa alam semesta dimulai dengan sebuah peristiwa yang disebut Big Bang 13.8 miliar tahun yang lalu, yang meninggalkannya dalam keadaan sangat panas dan sangat padat. Alam semesta segera mulai mengembang setelah Big Bang, mendingin seperti yang terjadi. Satu detik setelah Big Bang, alam semesta terbentang seratus triliun mil dengan suhu rata-rata 18 miliar derajat Fahrenheit (10 miliar derajat Celcius). Sekitar 400,000 tahun setelah Big Bang, alam semesta berjarak 10 juta tahun cahaya dan suhu telah mendingin hingga 5,500 derajat Fahrenheit (3,000 derajat Celcius). Jika ada orang yang melihatnya pada titik ini, alam semesta akan bersinar merah redup seperti lampu panas raksasa.

Sepanjang waktu ini, ruang angkasa dipenuhi dengan sup halus partikel energi tinggi, radiasi, hidrogen, dan helium. Tidak ada struktur. Saat alam semesta yang mengembang menjadi lebih besar dan lebih dingin, supnya menipis dan semuanya memudar menjadi hitam. Ini adalah awal dari apa yang para astronom sebut Zaman kegelapan dari alam semesta.

Sup Abad Kegelapan adalah tidak seragam sempurna dan karena gravitasi, area kecil gas mulai menggumpal dan menjadi lebih padat. Alam semesta yang halus menjadi gumpalan dan gumpalan kecil gas yang lebih padat ini adalah benih untuk pembentukan bintang, galaksi, dan segala hal lainnya di alam semesta.

Meskipun tidak ada yang bisa dilihat, Zaman Kegelapan merupakan fase penting dalam evolusi alam semesta.

Mencari Cahaya Pertama

Abad Kegelapan berakhir ketika gravitasi membentuk bintang dan galaksi pertama yang akhirnya mulai memancarkan cahaya pertama. Meskipun para astronom tidak tahu kapan cahaya pertama kali terjadi, tebakan terbaiknya adalah memang begitu beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang. Para astronom juga tidak mengetahui apakah bintang atau galaksi terbentuk lebih dulu.

Teori terkini berdasarkan bagaimana gravitasi membentuk struktur di alam semesta yang didominasi oleh materi gelap menunjukkan bahwa benda-benda kecil—seperti bintang dan gugus bintang—kemungkinan besar terbentuk terlebih dahulu dan kemudian tumbuh menjadi galaksi kerdil dan kemudian menjadi galaksi yang lebih besar seperti Bima Sakti. Bintang-bintang pertama di alam semesta ini adalah objek ekstrim dibandingkan dengan bintang-bintang saat ini. Mereka sejuta kali lebih terang tetapi mereka hidup sangat singkat. Mereka terbakar panas dan terang dan ketika mereka mati, mereka tertinggal lubang hitam hingga seratus kali massa Matahari, yang mungkin terjadi bertindak sebagai benih untuk pembentukan galaksi.

Para astronom ingin mempelajari era alam semesta yang menarik dan penting ini, tetapi mendeteksi cahaya pertama sangatlah menantang. Dibandingkan dengan galaksi-galaksi besar dan terang saat ini, benda-benda pertama sangat kecil dan karena perluasan alam semesta yang konstan, mereka sekarang berjarak puluhan miliar tahun cahaya dari Bumi. Juga, bintang-bintang paling awal dikelilingi oleh gas yang tersisa dari pembentukannya dan gas ini bertindak seperti kabut yang menyerap sebagian besar cahaya. Butuh beberapa ratus juta tahun untuk radiasi untuk menghilangkan kabut. Cahaya awal ini sangat redup pada saat sampai ke Bumi.

Tapi ini bukan satu-satunya tantangan.

Saat alam semesta mengembang, ia terus menerus meregangkan panjang gelombang cahaya yang melewatinya. Ini disebut pergeseran merah karena itu menggeser cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek — seperti cahaya biru atau putih — ke panjang gelombang yang lebih panjang seperti cahaya merah atau inframerah. Meskipun bukan analogi yang sempurna, ini mirip dengan bagaimana ketika sebuah mobil melewati Anda, nada suara apa pun yang dibuatnya turun secara nyata.

Pada saat cahaya yang dipancarkan oleh bintang atau galaksi awal 13 miliar tahun yang lalu mencapai teleskop mana pun di Bumi, cahaya itu telah diregangkan 10 kali lipat oleh perluasan alam semesta. Itu datang sebagai cahaya inframerah, yang berarti ia memiliki panjang gelombang lebih panjang dari pada cahaya merah. Untuk melihat cahaya pertama, Anda harus mencari cahaya inframerah.

Teleskop sebagai Mesin Waktu

Masukkan Teleskop Luar Angkasa James Webb.

Teleskop seperti mesin waktu. Jika suatu benda berjarak 10,000 tahun cahaya, itu berarti cahaya memerlukan waktu 10,000 tahun untuk mencapai Bumi. Jadi semakin jauh di ruang angkasa para astronom melihat, semakin lebih jauh ke masa lalu yang kita cari.

Insinyur dioptimalkan James Webb untuk secara khusus mendeteksi cahaya inframerah redup dari bintang atau galaksi paling awal. Dibandingkan dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble, James Webb memiliki bidang pandang 15 kali lebih luas di kameranya, mengumpulkan enam kali lebih banyak cahaya, dan sensornya disetel agar paling sensitif terhadap cahaya inframerah.

Strateginya adalah untuk menatap dalam-dalam pada sepetak langit untuk waktu yang lama, mengumpulkan sebanyak mungkin cahaya dan informasi dari galaksi terjauh dan tertua. Dengan data ini, dimungkinkan untuk menjawab kapan dan bagaimana Zaman Kegelapan berakhir, tetapi ada banyak penemuan penting lainnya yang harus dibuat. Misalnya, mengurai cerita ini mungkin juga membantu menjelaskan sifat materi gelap, bentuk materi misterius yang menyusunnya 80 persen dari massa alam semesta.

James Webb adalah misi yang paling sulit secara teknis NASA pernah mencoba. Tapi saya pikir pertanyaan ilmiah yang dapat membantu menjawabnya akan sepadan dengan setiap usaha. Saya dan astronom lainnya sedang menunggu data untuk mulai kembali sekitar tahun 2022.

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Kredit Gambar: Hubble Deep Field / NASA

Sumber: https://singularityhub.com/2021/10/24/the-most-powerful-space-telescope-ever-built-will-look-back-in-time-to-the-dark-ages-of- alam semesta/