Rahasia yang membantu teleskop James Webb menjelajahi alam semesta awal

(Dan Tri) - Sebuah mesin yang mampu melihat cahaya dari galaksi-galaksi yang terbentuk 13 miliar tahun lalu. Teleskop James Webb diciptakan untuk mewujudkan misi tersebut.

"Mesin waktu" menjelajahi alam semesta awal

Gambar nebula NGC 604, sekitar 2,7 juta tahun cahaya dari Bumi, diambil oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Sejak diluncurkan ke luar angkasa pada bulan Desember 2021, Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mengorbit Bumi lebih dari satu juta mil, terus-menerus mengirimkan kembali gambar-gambar menakjubkan dari luar angkasa.

Jadi, apa yang memungkinkan Webb untuk "melihat" sejauh ini, bahkan kembali ke masa lalu untuk menjelajahi alam semesta awal?

Rahasianya terletak pada sistem kamera Webb yang canggih, terutama kemampuannya menangkap cahaya inframerah – jenis cahaya yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia.

Ketika Webb mengambil gambar galaksi yang jauh, para astronom sebenarnya melihat galaksi tersebut miliaran tahun lalu.

Cahaya dari galaksi telah menempuh perjalanan melintasi angkasa selama miliaran tahun untuk mencapai cermin teleskop. Webb seolah-olah merupakan "mesin waktu" yang menangkap gambar alam semesta pada tahap paling awal.

Dengan menggunakan cermin raksasa untuk mengumpulkan cahaya kuno ini, Webb mengungkap rahasia baru tentang alam semesta.

Webb: Teleskop yang "melihat" panas

Tidak seperti teleskop Hubble atau kamera konvensional yang hanya menangkap cahaya tampak, Webb dirancang untuk menangkap cahaya inframerah.

Cahaya inframerah memiliki panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya tampak, sehingga tidak terlihat oleh mata manusia. Namun, Webb dapat menangkap jenis cahaya ini untuk mempelajari objek-objek paling awal dan terjauh di alam semesta.

Kamera inframerah, seperti kacamata penglihatan malam, memungkinkan Anda "melihat" gelombang inframerah yang dipancarkan oleh objek hangat seperti manusia dan hewan. Suhu gambar diukur dalam derajat Fahrenheit (gambar: NASA/JPL-Caltech).

Meskipun cahaya inframerah tidak dapat dilihat oleh mata manusia, perangkat khusus seperti kamera inframerah atau sensor termal dapat mendeteksinya sebagai panas.

Kacamata penglihatan malam, yang menggunakan cahaya inframerah untuk mendeteksi objek hangat dalam gelap, adalah contoh utama. Webb juga menerapkan teknologi serupa untuk mempelajari bintang, galaksi, dan planet.

Alasan Webb menggunakan cahaya inframerah adalah karena saat cahaya tampak dari galaksi jauh bergerak melalui ruang angkasa, cahaya tersebut meregang akibat perluasan alam semesta.

Ekspansi ini mengubah cahaya tampak menjadi cahaya inframerah. Akibatnya, galaksi-galaksi terjauh di angkasa tidak lagi bersinar dalam cahaya tampak, melainkan dalam cahaya inframerah redup. Webb dirancang khusus untuk mendeteksi jenis cahaya ini.

Cermin Emas Raksasa: Mengumpulkan Cahaya Paling Redup

Sebelum cahaya mencapai kamera, cahaya harus ditangkap oleh cermin emas raksasa Webb, yang lebarnya lebih dari 21 kaki (6,5 meter) dan terdiri dari 18 cermin kecil yang tersusun seperti sarang lebah.

Permukaan cermin dilapisi lapisan tipis emas, tidak hanya untuk menambah estetika tetapi juga karena emas memantulkan cahaya inframerah dengan sangat baik.

Cermin ini mengumpulkan cahaya dari luar angkasa dan memantulkannya ke instrumen teleskop. Semakin besar cermin, semakin banyak cahaya yang dikumpulkannya dan semakin jauh jarak pandangnya. Cermin Webb adalah cermin terbesar yang pernah dikirim manusia ke luar angkasa.

Cermin besar Webb, terdiri dari 18 cermin heksagonal kecil dan dilapisi emas (foto: NASA).

NIRCam dan MIRI: "Mata" Webb yang Super Sensitif

Dua instrumen ilmiah Webb yang paling penting, yang berfungsi sebagai kamera, adalah NIRCam dan MIRI.

NIRCam (kamera inframerah dekat) adalah kamera utama Webb yang mampu mengambil gambar galaksi dan bintang yang memukau. Kamera ini juga dilengkapi koronagraf – perangkat yang menghalangi cahaya bintang sehingga dapat mengambil gambar objek yang sangat redup di dekat sumber cahaya terang, seperti planet yang mengorbit bintang terang.

NIRCam bekerja dengan menangkap cahaya inframerah-dekat (jenis cahaya terdekat dengan yang dapat dilihat mata manusia) dan menguraikannya menjadi berbagai panjang gelombang. Hal ini memungkinkan para ilmuwan tidak hanya menentukan bentuk suatu objek, tetapi juga mempelajari komposisinya.

Berbagai material di luar angkasa menyerap dan memancarkan cahaya inframerah pada panjang gelombang tertentu, menciptakan "sidik jari kimia" yang unik. Dengan mempelajari sidik jari ini, para ilmuwan dapat mempelajari sifat-sifat bintang dan galaksi yang jauh.

MIRI (instrumen inframerah menengah) mendeteksi panjang gelombang inframerah yang lebih panjang, yang khususnya berguna untuk mendeteksi objek yang lebih dingin dan berdebu, seperti bintang yang masih terbentuk di dalam awan gas. MIRI bahkan dapat membantu menemukan petunjuk tentang jenis molekul di atmosfer planet yang dapat mendukung kehidupan.

Kedua kamera ini jauh lebih sensitif daripada kamera standar yang digunakan di Bumi. NIRCam dan MIRI dapat mendeteksi panas sekecil apa pun dari jarak miliaran tahun cahaya. Jika Anda menggunakan NIRCam milik Webb sebagai mata Anda, Anda dapat melihat panas dari seekor lebah di Bulan.

Gambar medan dalam pertama Webb: gambar MIRI di sebelah kiri dan gambar NIRCam di sebelah kanan (gambar: NASA).

Untuk mendeteksi panas redup dari objek yang jauh, Webb harus tetap berada dalam suhu yang sangat dingin. Itulah sebabnya ia membawa pelindung matahari raksasa seukuran lapangan tenis. Pelindung matahari berlapis lima ini menghalangi panas dari matahari, Bumi, dan bahkan bulan, membantu Webb mempertahankan suhu sekitar minus 223 derajat Celsius.

MIRI perlu lebih dingin lagi, sehingga ia memiliki lemari pendingin khusus, yang disebut cryocooler, untuk menjaga suhunya mendekati minus 266 derajat Celsius. Jika Webb sedikit saja lebih hangat, panasnya sendiri akan mengalahkan sinyal-sinyal samar yang coba dideteksinya.

Ubah cahaya sekitar menjadi gambar yang hidup

Ketika cahaya mencapai kamera Webb, cahaya tersebut mengenai sensor yang disebut detektor. Detektor ini tidak mengambil gambar biasa seperti kamera ponsel.

Sebaliknya, mereka mengubah cahaya inframerah menjadi data digital, yang kemudian dikirim kembali ke Bumi, tempat para ilmuwan memprosesnya dan mengubahnya menjadi gambar berwarna penuh.

Warna yang kita lihat dalam gambar Webb bukanlah apa yang "dilihat" langsung oleh kamera. Karena cahaya inframerah tidak kasat mata, para ilmuwan menetapkan warna pada panjang gelombang yang berbeda untuk membantu kita memahami isi gambar.

Gambar-gambar yang diproses ini membantu mengungkap struktur, usia, dan komposisi galaksi, bintang, dan banyak lagi.

Dengan menggunakan cermin raksasa untuk mengumpulkan cahaya inframerah tak kasat mata dan mengirimkannya ke kamera ultra-dingin, Teleskop Luar Angkasa James Webb memungkinkan kita melihat galaksi terbentuk sejak awal alam semesta, artinya kita melihat apa yang terjadi sekitar 14 miliar tahun lalu.

Sumber: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm