Ilustrasi artis dari Atacama Large Millimeter Array yang saat ini sedang dibangun. Kredit gambar: ESO. Klik untuk memperbesar.
Dengarkan wawancara: Bersiap untuk Dampak Mendalam (4,8 MB)
Atau berlangganan ke Podcast: universetoday.com/audio.xml
Kain Fraser: Bisakah Anda memberi saya latar belakang tentang spektrum submillimeter? Di mana itu cocok?
Paul Ho: submilimeter, secara formal, memiliki panjang gelombang 1 milimeter dan lebih pendek. Jadi panjang gelombang 1 milimeter dalam frekuensi sesuai dengan sekitar 300 gigahertz atau 3 × 10 ^ 14 hertz. Jadi, itu adalah gelombang yang sangat pendek. Dari yang turun ke panjang gelombang sekitar 300 mikron, atau sepertiga milimeter, adalah apa yang kita sebut kisaran submillimeter. Ini adalah apa yang kita sebut sebagai ujung jendela atmosfer sejauh menyangkut radio, karena lebih pendek, sekitar sepertiga milimeter langit pada dasarnya menjadi buram karena atmosfer.
Fraser: Jadi, ini adalah gelombang radio, seperti apa yang Anda dengarkan di radio, tetapi jauh lebih pendek - tidak ada yang bisa saya dapatkan di radio FM saya. Mengapa mereka bagus untuk melihat Semesta di tempat yang dingin?
Ho: Setiap objek yang kita ketahui, atau lihat, biasanya memancarkan penyebaran energi yang mengkarakterisasi materi yang kita bicarakan, jadi kami menyebutnya spektrum. Dan spektrum energi ini biasanya memiliki panjang gelombang puncak - atau panjang gelombang di mana sebagian besar energi dipancarkan. Panjang gelombang karakteristik itu tergantung pada suhu objek. Jadi, semakin panas objek, semakin pendek panjang gelombang keluar, dan semakin dingin objek, semakin panjang panjang gelombang keluar. Untuk Matahari, yang memiliki suhu 7.000 derajat, Anda akan memiliki panjang gelombang puncak yang keluar di optik, yang tentu saja mengapa mata kita disetel ke optik, karena kita tinggal di dekat Matahari. Tetapi ketika bahan tersebut mendingin, panjang gelombang radiasi itu semakin lama, dan ketika Anda turun ke suhu karakteristik katakanlah 100 derajat di atas Absolute Zero, panjang gelombang puncak itu muncul entah bagaimana dalam inframerah jauh atau submilimeter. Jadi, panjang gelombang pada urutan 100 mikron, atau sedikit lebih lama dari itu, yang menempatkannya dalam kisaran submillimeter.
Fraser: Dan jika saya bisa menukar mata saya, dan menggantinya dengan sepasang mata submillimeter, apa yang bisa saya lihat jika saya melihat ke langit?
Ho: Tentu saja, langit akan terus menjadi cukup dingin, tetapi Anda akan mulai mengambil banyak hal yang agak dingin yang tidak akan Anda lihat di dunia optik. Hal-hal seperti bahan yang berputar-putar di sekitar bintang yang keren, dengan urutan 100 Kelvin; kantong gas molekuler tempat bintang terbentuk - mereka akan menjadi lebih dingin dari 100 K. Atau di alam semesta awal yang sangat jauh ketika galaksi pertama kali dirakit, bahan ini juga sangat dingin, yang Anda tidak akan bisa melihatnya di dunia optik , yang mungkin bisa Anda lihat di submillimeter.
Fraser: Instrumen apa yang Anda gunakan, baik di sini atau di luar angkasa?
Ho: Ada instrumen tanah dan ruang. 20 tahun yang lalu, orang mulai bekerja di submillimeter, dan ada beberapa teleskop yang mulai beroperasi dalam panjang gelombang ini. Di Hawaii, di Mauna Kea, ada dua: satu disebut James Clerk Maxwell Telescope, yang memiliki diameter sekitar 15 meter, dan juga Caltech Submillimeter Observatory, yang memiliki diameter sekitar 10 meter. Kami telah membangun interferometer, yang merupakan serangkaian teleskop yang dikoordinasikan untuk beroperasi sebagai instrumen tunggal di atas Mauna Kea. Jadi 8 teleskop kelas 6-meter yang dihubungkan bersama-sama dan dapat dipindahkan terpisah atau dipindahkan lebih dekat bersama-sama ke garis dasar maksimum, atau pemisahan, setengah kilometer. Jadi instrumen ini mensimulasikan teleskop yang sangat besar, dengan ukuran maksimal setengah kilometer, dan karenanya mencapai sudut resolusi yang sangat tinggi dibandingkan dengan teleskop elemen tunggal yang ada.
Fraser: Jauh lebih mudah untuk menggabungkan cahaya dari teleskop radio, jadi saya kira itu sebabnya Anda bisa melakukan itu?
Ho: Nah, teknik interferometer telah digunakan di radio untuk beberapa waktu sekarang, jadi kami telah menyempurnakan teknik ini dengan cukup baik. Tentu saja, dalam inframerah dan optik, orang-orang juga mulai bekerja dengan cara ini, bekerja pada interferometer. Pada dasarnya, menggabungkan radiasi, Anda harus melacak fase depan radiasi yang masuk. Biasanya saya menjelaskan ini seolah-olah Anda memiliki cermin yang sangat besar dan memecahkannya sehingga Anda hanya memesan beberapa potong cermin, dan kemudian Anda ingin merekonstruksi informasi dari beberapa lembar cermin, ada beberapa hal yang perlu Anda lakukan. Pertama, Anda harus bisa menjaga potongan-potongan cermin sejajar, relatif satu sama lain, sama seperti ketika itu adalah satu cermin utuh. Dan kedua, untuk dapat memperbaiki cacat, dari kenyataan bahwa ada banyak informasi yang hilang dengan begitu banyak cermin yang tidak ada di sana, dan Anda hanya mengambil sampel beberapa potong. Tetapi teknik khusus ini disebut sintesis bukaan, yaitu membuat teleskop bukaan sangat besar dengan menggunakan potongan-potongan kecil, tentu saja, adalah hasil karya pemenang Hadiah Nobel oleh Ryle dan Hewish beberapa tahun yang lalu.
Fraser: Instrumen apa yang akan dikembangkan di masa depan untuk memanfaatkan panjang gelombang ini?
Ho: Setelah teleskop kami dibangun dan kami bekerja, akan ada instrumen yang lebih besar yang sedang dibangun sekarang di Chili disebut Atacama Large Millimeter Array (ALMA), yang akan terdiri dari lebih banyak teleskop dan lubang yang lebih besar, yang akan menjadi jauh lebih sensitif daripada instrumen perintis kami. Tetapi instrumen kami diharapkan akan mulai menemukan tanda-tanda dan sifat dunia dalam panjang gelombang submillimeter sebelum instrumen yang lebih besar datang untuk dapat mengikuti dan melakukan pekerjaan yang lebih sensitif.
Fraser: Seberapa jauh instrumen baru itu dapat terlihat? Apa yang bisa mereka lihat?
Ho: Salah satu target untuk disiplin astronomi submilimeter kami adalah untuk melihat ke masa lalu di bagian paling awal dari Semesta. Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, pada tahap awal Semesta, ketika itu membentuk galaksi, mereka cenderung jauh lebih dingin di fase awal ketika galaksi sedang dirakit, dan itu akan memancar, kami pikir, terutama di submillimeter. Dan Anda bisa melihatnya, misalnya, menggunakan teleskop JCM di Mauna Kea. Anda dapat melihat beberapa Semesta awal, yang merupakan galaksi yang sangat tergeser merah; ini tidak terlihat di optik, tetapi mereka terlihat di submillimeter, dan array ini akan dapat mencitrakannya, dan menempatkannya dengan sangat aktif di mana mereka berada di langit sehingga kita dapat mempelajarinya lebih lanjut. Galaksi-galaksi yang sangat awal ini, formasi-formasi awal ini, kami pikir berada pada pergeseran merah yang sangat tinggi - kami memberikan angka Z ini, yang merupakan pergeseran merah dari 6, 7, 8 - sangat awal dalam pembentukan Semesta, jadi melihat ke belakang mungkin sekitar 10% saat Semesta sedang dirakit.
Fraser: Pertanyaan terakhir saya untuk Anda ... Deep Impact akan muncul dalam beberapa minggu. Apakah observatorium Anda akan menonton ini juga?
Ho: Oh ya, tentu saja. Deep Impact memang sesuatu yang menarik bagi kami. Untuk instrumen kami, kami telah mempelajari tipe-tipe tata surya, dan ini tidak hanya mencakup planet-planet, tetapi juga komet-komet yang mendekat atau berdampak, kami berharap dapat melihat materi untuk memuntahkan, yang kita harus dapat melacak di submillimeter karena kita akan melihat tidak hanya pada emisi debu, tetapi kita akan dapat menonton garis spektral gas yang keluar. Jadi, kami berharap dapat mengalihkan perhatian kami ke acara ini, dan juga mencitrakannya.
Paul Ho adalah seorang astronom di Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian di Cambridge, Massachusetts.
