Kami melihat ke Semesta awal

Pada akhir pembangunan tiga teleskop raksasa, mereka dapat sepenuhnya mengubah astrofisika modern

Gambar yang dihasilkan komputer dari " Giant Magellanic Telescope ", salah satu dari tiga "teleskop yang sangat besar," yang diharapkan akan selesai dalam 10 tahun ke depan. Mereka akan cukup besar untuk mempertimbangkan objek pertama Alam Semesta.

Rahasia tertua dan paling hati-hati disimpan dari Semesta, dari materi gelap ke bentuk Semesta tepat setelah Big Bang, dapat segera terungkap - setelah semua, tiga "teleskop yang sangat besar" sedang dibangun, besarnya masing-masing akan melebihi ukuran lapangan basket.

Para ilmuwan berharap bahwa teleskop ini, yang diharapkan akan selesai dalam sepuluh tahun ke depan, akan membantu mereka melihat Alam Semesta awal, beralih dari keadaan seragam, panas dan buram menjadi yang dingin dan terstruktur, di mana materi mulai terkonsentrasi di dalam objek, dan melepaskan cahaya dengan mengirimkannya ke perjalanan ruang angkasa.

“Kita berbicara tentang interval dari 100 juta hingga 500 juta tahun setelah permulaan Semesta; bintang-bintang pertama, unsur-unsur kimia, lubang hitam, dan hal-hal eksotis lainnya pertama kali muncul pada saat ini, ”kata Gerry Gilmore, seorang astronom di Universitas Cambridge.

Teleskop besar melihat ke masa lalu pada cahaya pertama yang dipancarkan benda. Segera setelah Big Bang, Semesta membengkak seperti permukaan bola, dan beberapa tempat begitu jauh dari kita sehingga cahaya pertama mereka datang hanya sekarang. Jika Anda melihat cahaya ini, Anda dapat mengetahui struktur dan komposisi kimia dari benda-benda pertama Semesta, yang, seperti foto-foto samar yang diambil oleh petunjuk Teleskop Ruang Angkasa pada mereka. Hubble, terbentuk jauh lebih awal dari yang diprediksi oleh teori. Meningkatkan pengamatan dapat mengarah pada teori baru tentang kelahiran dan evolusi alam semesta, kata Gilmore.


Gambar yang dihasilkan komputer dari "Teleskop Eropa Sangat Besar" di Gurun Atacama, Chili. E-ELT 39,3 meter akan menjadi yang terbesar dari tiga teleskop generasi berikutnya.

Teleskop baru dengan biaya $ 900 juta hingga $ 1,6 miliar masing-masing, teleskop raksasa Magellan (GMT), teleskop tiga puluh meter (TMT) dan Teleskop Eropa Sangat Besar (E-ELT) - diameter cermin tersegmentasi yang mencapai 24,5 m, 30 m dan 39,3 m, masing-masing, secara signifikan akan melampaui teleskop modern (diameter cermin terbesar dari teleskop yang ada adalah 10,4 m). Kekuatan mereka akan melebihi yang modern sebanyak 5 hingga 200 kali, tergantung pada teleskop dan tugasnya.

Universitas, lembaga pemerintah, dan organisasi ilmiah lainnya di seluruh dunia membiayai proyek yang mereka pilih dengan imbalan kemungkinan menggunakan teleskop di masa depan, jelas Patrick McCarthy, seorang astronom di Carnegie Institute Observatories di California dan direktur proyek GMT. Dan memiliki bagian dari waktu penggunaan akan mempengaruhi reputasi lembaga di masa depan, seperti yang dikatakan para astronom yang tidak terkait dengan proyek-proyek ini. "Jika Anda tidak memiliki kesempatan seperti itu, Anda harus membuat sesuatu sendiri untuk mengimbangi kompetisi," kata McCarthy.

Tiga proyek terus mencari investor, dan secara bertahap mendekati tahap awal konstruksi. Insinyur mesin turbin gas meratakan permukaan di gunung di Chili dan selesai casting empat dari tujuh cermin. Proyek TMT dan E-ELT (masing-masing akan dibangun di Hawaii dan Chili) membuat mirror test. Ketiga kelompok mulai mengembangkan alat.

Jadwal konstruksi yang serupa harus mengarah pada kompetisi, tetapi meskipun setiap teleskop memiliki karakteristik uniknya, ini bukan tentang siapa yang akan menyalakannya terlebih dahulu. "Ada ruang untuk banyak penemuan di sekitar kita, jadi jika Anda terlambat tiga tahun, itu tidak berarti Anda telah kehilangan satu miliar dolar," kata David Silva, direktur National Optical Astronomical Observatory di Tucson, Arizona. Ini didanai oleh National Science Foundation, yang sedang dalam pembicaraan dengan TMT tentang kemungkinan kolaborasi.


Gambar sistem planet HR8799 dengan bintang dan empat planet yang terletak 129 tahun cahaya dari kita, diperoleh oleh Observatorium Keck di Hawaii.

Teleskop akan cukup kuat untuk menyaksikan secara pribadi kekacauan dan himpitan dunia lain. "Kami baru saja menyentuh bidang sains seperti studi tentang planet ekstrasurya, dan itu akan berkembang dengan hebat dengan munculnya teleskop ini," kata Roger Angel, seorang astronom di Arizona University yang mengawasi pembuatan cermin untuk GMT.

Teleskop akan melacak perubahan spektrum yang terkait dengan perubahan musim - dan karenanya atmosfer aktif - planet yang mengikuti orbit di sekitar bintang lain. Mereka bahkan dapat memperoleh tanda-tanda kimia dari keberadaan kehidupan di luar bumi. "Kami berharap tanda-tanda biokimia dari kehidupan di luar bumi menjadi cukup universal," kata McCarthy. Kemudian, ketika penjelajah Curiosity mencari tanda-tanda seperti itu, menggali ke tanah Mars, "kita akan melakukan hal yang sama untuk planet-planet ekstrasurya, tetapi dari jarak jauh menggunakan spektroskopi," jelasnya.

Kemampuan untuk mengamati pembentukan galaksi dan bagaimana materi terakumulasi di ruang angkasa akan membantu mengungkap sifat-sifat partikel materi gelap - zat tak terlihat yang membentuk 84% dari semua materi di alam semesta.

Mengamati tempat-tempat paling ekstrem di Alam Semesta - tepi lubang hitam supermasif - para ilmuwan berencana untuk memeriksa hukum relativitas umum dan mekanika kuantum dengan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya. "Kami akan mencari radiasi yang berasal dari penghancuran bintang-bintang dalam proses penyerapan oleh lubang hitam," kata Gilmore. "Cara foton akan berjalan, pada interval konstan atau dalam kelompok, akan memberi tahu kita tentang struktur ruang-waktu di sekitar lubang hitam." Sebelumnya, pengamatan seperti itu tidak mungkin, "karena Anda perlu melihat dengan jelas lubang hitam, dan untuk ini memiliki resolusi yang sangat besar."


Teleskop modern memiliki optik adaptif laser untuk menghilangkan kekaburan gambar karena atmosfer

Desain teleskop masa depan didasarkan pada teknologi yang disebut optik adaptif, yang menghilangkan distorsi yang dialami cahaya dalam turbulensi atmosfer bumi. "Anda menggunakan laser untuk menggambar bintang buatan di langit, dan kemudian menggunakannya sebagai dasar untuk mendeteksi turbulensi di garis pandang teleskop," jelas Silva. Puluhan kali per detik pengukuran turbulensi digunakan untuk memindahkan ribuan aktuator yang terhubung ke cermin fleksibel di teleskop, mengubah bentuknya dan meniadakan distorsi atmosfer. Optik adaptif sudah digunakan di observatorium kecil, termasuk teleskop Keck 10 meter di Hawaii. Tugas mengadaptasi teknologi semacam itu untuk teleskop dengan diameter 2-4 kali lebih besar, "berada di garis depan komputasi real-time," kata Silva.

Jika teknologi berfungsi sebagaimana mestinya, GMT, TMT dan E-ELT akan membedakan antara cahaya optik dan inframerah-dekat - jenis radiasi elektromagnetik yang paling umum di Semesta - seolah-olah dimasukkan ke orbit. James Webb Space Telescope , yang akan memasuki orbit pada tahun 2018 dengan misi lima tahun senilai $ 8 miliar, akan melengkapi pekerjaan observatorium ini, dengan sensitivitas yang lebih besar di daerah inframerah menengah dan jauh. Tetapi teleskop luar angkasa biasanya lebih kecil, lebih mahal dan lebih tidak hidup.

"Tidak akan mengejutkan bahwa waktu operasi ilmiah yang produktif dari teleskop ini adalah 50 tahun," kata Silva.

Dan selama ini, tiga teleskop dapat mengubah bidang astronomi, fisika, dan kosmologi. Selain percobaan yang direncanakan, para ilmuwan berharap untuk melihat beberapa kejutan tak terduga yang mengubah paradigma - seperti pada generasi sebelumnya, teleskop 4 meter telah menemukan bahwa zat misterius yang disebut energi gelap mendominasi di Semesta. Setelah peluncuran teleskop baru, kata McCarthy, "untuk sementara kita hanya akan dengan hati-hati melihat hamparan langit yang kosong dan melihat apa yang belum pernah dilihat orang sebelumnya."