Cermin Canggih Teleskop Roman NASA Ungkap Exoplanet Mirip Jupiter, Terobosan Baru Pencarian Bumi Kedua

Jakarta – Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik NASA, yang akan diluncurkan akhir bulan depan, siap merevolusi pencarian exoplanet dengan teknologi cermin adaptif canggihnya. Instrumen ini dirancang untuk secara efektif menghilangkan cahaya bintang, memungkinkan pencitraan langsung planet-planet yang mengorbit bintang lain.

Kemampuan unik ini menandai langkah maju signifikan dalam upaya menemukan planet mirip Bumi. Para peneliti berharap Roman menjadi fondasi penting untuk menemukan ‘Bumi 2.0’ di alam semesta.

Teleskop yang dinamai Nancy Grace Roman, kepala astronomi pertama NASA, ini dilengkapi kamera medan lebar 300 megapiksel. Resolusi serupa Hubble, namun dengan area tangkapan gambar 100 kali lebih besar.

Kamera ini akan membantu para astronom mengungkap misteri materi gelap dan energi gelap. Selain itu, diperkirakan mampu mendeteksi sekitar 100.000 exoplanet baru yang keberadaannya dapat disimpulkan dari distorsi cahaya bintang.

Javier Viaña, seorang ilmuwan riset di Harvard, membandingkan lompatan ini dengan beralih dari ‘mewawancarai beberapa orang’ menjadi ‘melakukan sensus global’. Kamera lain akan menggunakan koronagraf, instrumen yang secara khusus menghalangi cahaya bintang saat mengamati satu sistem bintang.

Instrumen ini memberikan pandangan yang belum pernah ada sebelumnya tentang ruang di sekitar bintang. Para astronom dapat melihat exoplanet yang lebih kecil, lebih redup, dan lebih dekat. Brandon Creager, insinyur mekanik utama instrumen tersebut di Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, mengungkapkan bahwa ini memberi kemampuan untuk melihat planet yang sebelumnya tidak dapat terlihat secara fisik.

Anatomi Trik Menghilangkan Cahaya

Koronagraf di luar angkasa bukanlah hal baru dalam dunia astronomi observasional. Namun, versi sebelumnya, seperti yang ada di Hubble dan Teleskop Luar Angkasa James Webb, menggunakan sistem statis untuk memblokir cahaya bintang yang menyilaukan.

Pendekatan tersebut memang membantu, tetapi seperti meletakkan ibu jari di atas senter saat mencari kunang-kunang di ruangan gelap. Meskipun bola lampu hilang, silau cahaya masih bisa lolos dan menutupi cahaya serangga.

Dalam teleskop, silau itu bisa berasal dari kebocoran cahaya di sekitar tepi mesin atau dari ketidaksempurnaan kecil pada cermin dan lapisan. Ini dapat menyebarkan cahaya bintang menjadi bintik-bintik, yang pada akhirnya dapat menyembunyikan atau bahkan meniru sebuah planet.

Koronagraf Roman, bagaimanapun, akan mencoba sesuatu yang sama sekali belum pernah terlihat pada observatorium luar angkasa hingga tahun ini. Sebelum setiap observasi, instrumen ini akan mengukur cahaya sisa dan mencoba menekannya, sebuah teknik yang dikenal sebagai kontrol muka gelombang aktif.

Teleskop ini mampu melakukan hal tersebut karena memiliki dua cermin yang dapat berubah bentuk. Setiap cermin dilengkapi dengan susunan aktuator 48×48 (piston kecil) di bawah lembaran kaca tipis yang dapat berubah bentuk.

Dengan menerapkan sedikit tegangan, aktuator akan berkontraksi dan menarik sedikit bagian cermin ke belakang. Proses ini mirip ribuan jari mikroskopis yang dengan lembut memahat permukaan cermin.

Efeknya sangat halus, setiap bagian cermin dapat berubah bentuk hingga 0,5 mikrometer. Ukuran tersebut sekitar seperempat ukuran bakteri E. coli, dengan peningkatan sekecil sekitar 10 pikometer.

Ilya Poberezhskiy, insinyur sistem proyek instrumen di JPL, menjelaskan bahwa itu sekitar sepersepuluh diameter atom hidrogen. Aktuator memungkinkan cermin untuk menciptakan ‘muka gelombang aktif’, di mana setiap komponen digerakkan ke posisi sempurna untuk membatalkan gelombang cahaya yang tidak diinginkan.

Ini mirip sepasang headphone peredam bising, tetapi untuk cahaya, bukan suara. Cahaya yang ‘dibatalkan’ menciptakan ‘wilayah berbentuk donat di sekitar bintang di mana kami menekan cahaya bintang dan berharap dapat melihat exoplanet’.

Dibandingkan dengan koronagraf berbasis ruang angkasa saat ini, sistem ini diharapkan dapat meningkatkan sensitivitas terhadap exoplanet terhadap silau bintang induknya hingga 1.000 kali lipat. Dengan demikian, planet yang sebelumnya terlalu redup untuk dideteksi kini dapat terungkap.

Seperti Hubble dan JWST, Roman juga menggunakan masker, pelat berpola yang ditempatkan di jalur cahaya untuk memblokir foton. Salah satu alat dalam gudang masker Roman adalah ‘rumput silikon’, semak duri mikroskopis pada beberapa masker yang dapat digunakan dalam konfigurasi tertentu untuk menyerap foton.

Ini mencegah foton memantul di sekitar teleskop dan secara tidak sengaja mencapai detektor. Cahaya yang memasuki ‘hutan’ ini memantul lebih dalam di antara bilah-bilah dan terperangkap, alih-alih memantul kembali ke kamera.

Poberezhskiy menegaskan bahwa ‘setelah cahaya masuk ke sana, ia tidak akan pernah keluar’. Cermin dan masker membentuk suksesi gerbang dan pagar untuk memandu sebanyak mungkin cahaya planet yang diawetkan menuju detektor akhir.

Alien Jupiters dan Harapan Bumi Kedua

Pengaturan rumit ini membuka babak baru dalam pencitraan langsung exoplanet. Hampir semua exoplanet yang difoto sejauh ini adalah planet muda berukuran besar yang tidak mirip dengan penghuni tata surya kita.

Planet-planet ini beberapa kali massa Jupiter, masih bercahaya dengan panas sisa dari kelahirannya. Mereka mengorbit puluhan atau ratusan kali lebih jauh dari bintangnya daripada jarak Bumi ke Matahari.

Hal ini karena mereka relatif mudah dilihat. Ukuran, kehangatan, dan jaraknya dari bintang induk membuat mereka bersinar terang dalam cahaya inframerah, jauh dari silau bintang yang paling parah.

Namun, Roman dapat secara langsung mencitrakan analog Jupiter yang sebenarnya. Ini adalah planet yang mirip Jupiter dalam massa dan mengelilingi bintang mirip Matahari beberapa kali lebih jauh dari Bumi dari Matahari kita.

Tidak seperti Jupiter panas yang dapat kita lihat sekarang, yang satu ini akan menjadi raksasa gas yang jauh lebih matang seperti milik kita. Ia terutama memantulkan cahaya bintang induknya setelah miliaran tahun pendinginan, alih-alih memancarkan cahayanya sendiri.

Para astronom telah mampu menyimpulkan keberadaan planet-planet semacam itu dari goyangan gravitasi yang mereka berikan pada bintang. Roman, sebaliknya, akan mengumpulkan cahaya bintang yang dipantulkan dari planet itu sendiri.

Meredith MacGregor, seorang profesor astronomi di Johns Hopkins, menyatakan bahwa mereka tidak melihat bintang atau efek planet pada bintang. ‘Kami benar-benar melihat planet itu, dan itu sangat kuat,’ katanya.

Setelah instrumen ini tersedia, giliran para ilmuwan untuk melakukan pekerjaan mereka. MacGregor mengaku sedikit takut tentang bagaimana mereka semua akan menanganinya, karena ia berpikir itu akan menjadi begitu banyak data. ‘Saya pikir orang-orang akan benar-benar masih mengerjakan data Roman selama beberapa dekade,’ tambahnya.

Namun, jangan berharap untuk melihat foto 4K Jupiter alien dalam beberapa bulan mendatang. Roman tidak akan mampu memecahkan planet semacam itu menjadi bola padat.

Paling-paling, kemungkinan akan menyerupai kumpulan piksel. Meski demikian, itu akan cukup, kata MacGregor, karena Roman kemudian dapat menggunakan koronagraf untuk mendapatkan informasi tentang berbagai panjang gelombang cahaya dari planet tersebut. Ini dapat memberi tahu para astronom tentang kimia atmosfernya.

‘Anda mengambil sesuatu yang merupakan titik cahaya dan mengubahnya menjadi dunia nyata,’ katanya. ‘Karena jika Anda mengetahui tentang atmosfernya, sekarang Anda mengetahui sesuatu tentang permukaan planet dan kemungkinan adanya kehidupan di planet itu, bukan? Jadi itu adalah langkah besar.’

Relevansi untuk Indonesia dan Masa Depan Astronomi

Selama observasi pertamanya, para ilmuwan dan insinyur akan melihat apakah mereka dapat menahan bintang tepat di tengah masker koronagraf, membentuk cermin, ‘menggali’ donat gelap, dan kemudian mempertahankan semuanya saat pesawat ruang angkasa bergerak melalui ruang angkasa dan secara aktif mengubah suhu.

Hasilnya akan menjadi informasi penting bagi rencana NASA untuk Habitable Worlds Observatory. Ini adalah impian banyak astronom exoplanet, yang secara teori akan mampu memisahkan cahaya planet mirip Bumi dari cahaya bintang mirip Matahari, yang lebih terang 10 miliar kali.

Pencapaian Roman ini adalah sebuah ‘batu loncatan kritis’ yang akan membuka pintu bagi penemuan-penemuan berikutnya. Bagi komunitas ilmiah dan akademisi di Indonesia, teknologi ini menawarkan inspirasi besar.

Kemajuan dalam pencitraan exoplanet memberikan peluang untuk pengembangan kapasitas riset antariksa. Para astronom dan mahasiswa di Indonesia dapat belajar dari metodologi canggih ini, mendorong kolaborasi riset internasional, dan memperkaya pemahaman alam semesta dari perspektif lokal.

Brandon Creager, yang telah mengerjakan instrumen ini sejak 2018, sangat bangga atas pencapaian tersebut. Ia membayangkan momen ketika ia dan timnya dapat melihat gambar pertama saat tiba. ‘Ya, kami melakukannya.’

Pencapaian Teleskop Roman ini, meski hanya menampilkan titik cahaya, adalah sebuah kemenangan rekayasa optik yang luar biasa. Ini membuka cakrawala baru bagi para astronom global, termasuk Senarais di Indonesia, untuk lebih memahami keberadaan planet di luar tata surya kita.

---

Sumber: Technology Review (“Shape-shifting mirrors on NASA’s new space telescope could unveil Jupiters like our own“)

Arkantian/Tim Redaksi