Penemuan scan CAT menyebabkan revolusi dalam diagnosis medis. Ketika sinar-X hanya memberikan tampilan dua dimensi yang datar dari tubuh manusia, scan CAT memberikan tampilan tiga dimensi yang lebih jelas. Untuk melakukan ini, CAT scan mengambil banyak "irisan" virtual secara elektronik dan mengumpulkannya menjadi gambar 3D.
Sekarang teknik baru yang menyerupai pemindaian CAT, yang dikenal sebagai tomografi, siap untuk merevolusi studi tentang alam semesta muda dan akhir "zaman kegelapan" kosmik. Pelaporan dalam edisi 11 November 2004, Nature, astrofisikawan J. Stuart B. Wyithe (University of Melbourne) dan Abraham Loeb (Pusat Harvard-Smithsonian untuk Astrofisika) telah menghitung ukuran struktur kosmik yang akan diukur ketika para astronom secara efektif ambil gambar seperti pemindaian CAT dari alam semesta awal. Pengukuran itu akan menunjukkan bagaimana alam semesta berevolusi selama miliaran tahun pertama keberadaannya.
"Hingga saat ini, kami hanya terbatas pada satu snapshot dari masa kanak-kanak alam semesta - latar belakang gelombang mikro kosmik," kata Loeb. “Teknik baru ini akan memungkinkan kita melihat seluruh album yang penuh dengan foto bayi alam semesta. Kita bisa menyaksikan alam semesta tumbuh dan dewasa. ”
Mengiris Ruang
Jantung teknik tomografi yang dijelaskan oleh Wyithe dan Loeb adalah studi tentang radiasi panjang gelombang 21 sentimeter dari atom hidrogen netral. Di galaksi kita sendiri, radiasi ini telah membantu para astronom untuk memetakan lingkaran bola Bima Sakti. Untuk memetakan alam semesta muda yang jauh, para astronom harus mendeteksi radiasi 21 cm yang telah di-redshift: direntangkan ke panjang gelombang yang lebih panjang (dan frekuensi yang lebih rendah) oleh perluasan ruang itu sendiri.
Redshift berkorelasi langsung dengan jarak. Semakin jauh awan hidrogen berasal dari Bumi, semakin radiasinya berubah merah. Karena itu, dengan melihat frekuensi tertentu, para astronom dapat memotret "potongan" alam semesta pada jarak tertentu. Dengan melangkah melalui banyak frekuensi, mereka dapat memotret banyak irisan dan membangun gambar tiga dimensi alam semesta.
“Tomografi adalah proses yang rumit, yang merupakan salah satu alasan mengapa belum pernah dilakukan sebelumnya pada pergeseran merah yang sangat tinggi,” kata Wyithe. "Tapi itu juga sangat menjanjikan karena itu salah satu dari beberapa teknik yang memungkinkan kita mempelajari miliar tahun pertama sejarah alam semesta."
A Universe Bubble Soap
Miliaran tahun pertama sangat penting karena pada saat itulah bintang-bintang pertama mulai bersinar dan galaksi pertama mulai terbentuk dalam kelompok kompak. Bintang-bintang itu terbakar dengan panas, memancarkan sejumlah besar sinar ultraviolet yang mengionisasi atom hidrogen di dekatnya, membelah elektron dari proton dan membersihkan kabut gas netral yang memenuhi alam semesta awal.
Gugus-gugus galaksi muda segera dikelilingi oleh gelembung-gelembung gas terionisasi, seperti gelembung-gelembung sabun yang mengambang di bak air. Saat semakin banyak sinar ultraviolet membanjiri ruang, gelembung-gelembung itu tumbuh lebih besar dan secara bertahap bergabung bersama. Akhirnya, sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang, seluruh alam semesta yang terlihat terionisasi.
Untuk mempelajari alam semesta awal ketika gelembung kecil dan gas sebagian besar netral, para astronom harus mengambil irisan melalui ruang seolah-olah mengiris blok keju swiss. Loeb mengatakan bahwa seperti halnya keju, “jika irisan alam semesta kita terlalu sempit, kita akan terus memukul gelembung yang sama. Pandangan tidak akan pernah berubah. "
Untuk mendapatkan pengukuran yang benar-benar bermanfaat, para astronom harus mengambil irisan yang lebih besar yang mengenai gelembung berbeda. Setiap irisan harus lebih lebar dari lebar gelembung tipikal. Wyithe dan Loeb menghitung bahwa gelembung individu terbesar mencapai ukuran sekitar 30 juta tahun cahaya di alam semesta awal (setara dengan lebih dari 200 juta tahun cahaya di alam semesta yang diperluas saat ini). Prediksi penting tersebut akan memandu desain instrumen radio untuk melakukan studi tomografis.
Para astronom akan segera menguji prediksi Wyithe dan Loeb menggunakan berbagai antena yang disetel untuk beroperasi pada frekuensi 100-200 megahertz dari hidrogen redshifted 21-cm. Memetakan langit pada frekuensi ini sangat sulit karena gangguan buatan manusia (TV dan radio FM) dan efek ionosfer bumi pada gelombang radio frekuensi rendah. Namun, teknologi elektronik dan komputer berbiaya rendah yang baru akan memungkinkan pemetaan ekstensif sebelum akhir dekade ini.
“Perhitungan Stuart dan Avi itu indah karena begitu kita telah membangun susunan kita, prediksi akan langsung diuji saat kita melihat sekilas pertama dari alam semesta awal,” kata astronom radio Smithsonian Lincoln Greenhill (CFA).
Greenhill bekerja untuk menciptakan pandangan pertama melalui proposal untuk melengkapi Array Sangat Besar dari National Science Foundation dengan penerima dan elektronik yang diperlukan, yang didanai oleh Smithsonian. "Dengan keberuntungan, kita akan membuat gambar pertama dari cangkang bahan panas di sekitar beberapa quasar termuda di alam semesta," kata Greenhill.
Hasil Wyithe dan Loeb juga akan membantu memandu desain dan pengembangan observatorium radio generasi berikutnya yang dibangun dari bawah ke atas, seperti proyek LOFAR Eropa dan susunan yang diusulkan oleh kolaborasi AS-Australia untuk konstruksi di pedalaman radio yang sunyi. Australia Barat.
Sumber Asli: Rilis Berita Harvard CfA
