NASA merilis gambar yang menakjubkan untuk merayakan Teleskop James Webb

Hari ini, 365 hari setelah NASA mengungkapkan kumpulan data dan gambar pertama untuk misi tersebut, jelas JWST dapat menghasilkan sains yang serius dan bidikan indah dengan penuh percaya diri. NASA menandai peringatan satu tahun debut ilmiah JWST dengan merilis gambar baru, yang menunjukkan kemampuan teleskop untuk menata kembali alam semesta. Gambar dramatis dan agak halusinasi menangkap dinamika kompleks awan Rho Ophiuchi, wilayah pembentuk bintang terdekat dengan Bumi, di mana sistem planet seperti kita mungkin berada pada tahap awal pembentukan.

“Teleskop bekerja lebih baik dari yang kami harapkan,” kata astrofisikawan NASA Jane Rigby, yang awal bulan ini menjadi kepala ilmuwan untuk proyek JWST.

Rigby mengatakan komunitas ilmiah sedikit segan dalam merencanakan agendanya untuk tahun pertama pengamatan, tetapi tahun sains yang akan datang ini akan memanfaatkan sepenuhnya apa yang dapat dilakukan teleskop. “Kami menjadi jauh lebih berani di tahun kedua.”

Perjalanan JWST mengelilingi Matahari bukannya tanpa kendala kecepatan. Tahun pertama operasi sains termasuk jeda singkat dalam pengumpulan data untuk alasan keamanan dan tabrakan parah dengan debu luar angkasa yang memaksa manajer proyek untuk memindahkan observatorium kurang lebih mulai sekarang.

Tetapi para ilmuwan yang bekerja dengan data yang diunduh dari teleskop sangat senang dengan kinerjanya saat menyaring bagian inframerah dari spektrum, mengumpulkan cahaya yang tidak dapat dikumpulkan oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble sebelumnya.

Tajuk utama sejauh ini adalah bahwa JWST melihat banyak galaksi yang sangat terang di alam semesta awal. Ini terbukti agak membingungkan.

Tidak, JWST tidak menyangkal teori big bang. Kosmologi tidak mengikuti jalur frenologi. Tetapi pengamatan terhadap banyak cahaya dari periode awal pembentukan galaksi menyebabkan banyak kebingungan. Pengamatan dan teori belum sepenuhnya selaras.

“Saya pikir ada ketegangan,” kata fisikawan Massimo Steavelli, kepala misi JWST di Space Telescope Science Institute di Baltimore. “Ini tidak dapat disangkal, karena segala sesuatunya berbeda dari yang kita kira.”

Temuan Utama dari JWST

JWST dibayangkan pada akhir 1980-an sebagai penerus pesawat ruang angkasa Hubble yang belum diluncurkan, tetapi telah menderita selama bertahun-tahun karena penundaan dan pertemuan yang akan segera terjadi dengan anggota parlemen yang berpikiran finansial. Ini adalah investasi $ 10 miliar. Itu tidak dirancang dengan jenis fitur modular yang memungkinkan suku cadang jika terjadi sesuatu.

Itu juga jauh di luar angkasa, dalam orbit yang stabil secara gravitasi mengelilingi matahari yang disebut L2 yang membuatnya kira-kira satu juta mil dari Bumi. NASA saat ini tidak memiliki pesawat luar angkasa untuk mengangkut astronot ke L2 dan sebaliknya.

Semua ini menambah kegembiraan para ilmuwan bahwa teleskop bekerja sesuai rencana.

Untuk teleskop desain ini, tahunnya cukup bermasalah. Cermin teleskop harus disimpan terlalu dingin untuk mengarah ke dekat matahari, jadi jangan berharap untuk melihat gambar Venus yang cantik JWST. Tapi orbit penuh memberi teleskop kesempatan untuk menutupi sebagian besar alam semesta.

JWST, yang diluncurkan pada pagi Natal 2021, sebenarnya mengorbit selama satu setengah tahun, tetapi enam bulan pertama dikhususkan untuk menyebarkan koleksinya yang sangat besar. Cermin heksagonal dan naungan matahari yang luas untuk membuatnya tetap sejuk, serta menyesuaikan instrumennya.

Cahaya yang dikumpulkan cermin-cermin ini membawa informasi tentang berbagai lapisan alam semesta, dari galaksi terjauh, terlemah, nyaris tak terlihat hingga galaksi latar depan yang lebih bercahaya dan awan debu dan gas pembentuk bintang di Bima Sakti kita sendiri. Itu telah melihat lingkungan terdekat kita, tata surya, dan mengembalikan gambar Jupiter dan Saturnus yang layak poster yang penuh dengan data ilmiah.

Alam semesta awal adalah tempat JWST melakukan penyelidikan yang paling menarik dan terkadang membingungkan. Tujuannya adalah untuk memahami bagaimana alam semesta awal berevolusi, bagaimana galaksi terbentuk dan bagaimana kita sampai ke tempat kita berada – di sebuah planet yang mengorbit bintang di salah satu lengan spiral sebuah galaksi besar.

“Rumah kita adalah Bima Sakti,” kata Brant Robertson, ahli astrofisika teoretis di University of California, Santa Cruz. “Ini adalah sebuah galaksi. Ini adalah galaksi yang indah. Kita bisa mengambil gambar bagian dalamnya. Tapi ini menimbulkan pertanyaan: Bagaimana bisa ada di sini? Bagaimana cara terbentuknya?”

Arkeologi kosmik inilah yang menjadi alasan utama JWST dibangun. Salah satu ciri alam semesta yang aneh adalah bahwa cahaya itu abadi. Itu menjadi lebih redup tetapi masih ada, termasuk cahaya yang lebih tua, yang sebagian besar telah bergeser ke bagian spektrum inframerah oleh perluasan ruang yang telah terjadi sejak Big Bang. Ahli astrofisika dapat menggunakan JWST untuk banyak penelitian Galaksi dengan pergeseran merah yang lebih tinggi, masuk lebih dalam ke masa lalu.

Robertson ikut menulis salah satu dari dua makalah baru-baru ini yang menjelaskan Galaksi terjauh sejauh ini terdeteksi dan dikonfirmasi oleh JWST, bernama JADES-GS-Z13-0. Ditemukan pada pergeseran merah 13,2, yang setara dengan sekitar 320 juta tahun setelah Big Bang. Dia mengatakan ada klaim bahwa galaksi pada pergeseran merah yang lebih tinggi mungkin ada, tetapi masih menunggu konfirmasi.

Ketika ditanya seperti apa galaksi itu, dia berkata, “Ini adalah noda.”

Tetapi bagaimana jika Anda entah bagaimana bisa naik pesawat luar angkasa dan membawa diri Anda melalui lubang cacing yang berbeda ke masa lalu yang jauh dan melayang di samping galaksi itu. Lalu akan terlihat seperti apa?

“Jika Anda bisa berada tepat di sebelahnya, galaksi itu sendiri akan terlihat sangat biru di mata Anda, karena sedang membentuk bintang,” kata Robertson. “Itu akan menjadi biru yang sangat terang di awal alam semesta.”

Sebuah misteri tentang galaksi awal

Segera, para astronom yang melihat data JWST di alam semesta awal menemukan sesuatu yang menentang harapan: banyak Galaksi yang sangat terang.

Kecerahan adalah perkiraan massa. Oleh karena itu, biasanya galaksi yang sangat terang dianggap sangat masif. Tetapi galaksi membutuhkan waktu untuk tumbuh. Para ahli teori sebelumnya telah menetapkan garis waktu umum untuk evolusi galaksi awal, dan yang terdeteksi oleh JWST sekilas tampak sangat matang untuk usia mereka.

JWST mungkin memberi tahu para ilmuwan bahwa pembentukan galaksi di alam semesta awal entah bagaimana lebih efisien daripada yang diketahui sebelumnya.

“Ada beberapa penyesuaian yang perlu kita lakukan dalam teori kita tentang bagaimana galaksi-galaksi paling awal itu terbentuk dan bintang-bintang mereka tumbuh,” katanya. Cihan Kartaltepe, astrofisikawan di Rochester Institute of Technology.

“Tidak ada yang kami lihat yang membuat saya berpikir kami telah merusak kosmologi,” kata Rigby. “Apa yang diberitahukan kepada kita adalah bahwa galaksi-galaksi bekerja sama lebih awal dari yang kita beri penghargaan.”

Bertentangan dengan apa yang diharapkan bagi kita yang bukan ahli astrofisika, lubang hitam bisa menjadi faktor lain dalam kecerahan galaksi-galaksi awal tersebut. Meskipun lubang hitam secara definisi adalah sebuah struktur dengan medan gravitasi yang sangat kuat sehingga cahaya pun tidak dapat lepas darinya, wilayah di sekitar lubang hitam dapat bersinar ketika gas dan debu super panas jatuh ke cakrawala peristiwa.

Tahun lalu, Rebecca Larson, yang saat itu menjadi mahasiswa doktoral di University of Texas di Austin, melihat sesuatu yang aneh. Saat dia sedang memeriksa data dari galaksi yang sangat jauh bernama CEERS 1019. Dia telah merilisnya cahaya lebih dari 13 miliar tahun yang lalu – ketika alam semesta berputar dan galaksi-galaksi masih kecil, gumpalan bintang biru muda yang panas dan tidak berbentuk.

Larson bingung dengan cahaya terang luar biasa yang datang dari jantung CEERS 1019. “Apa itu?” Saya pikir.

Apa yang Anda tebak dengan benar adalah lubang hitam supermasif. Galaksi tersebut, meski berusia muda, berhasil membentuk lubang hitam yang diperkirakan para ilmuwan setara dengan massa 10 juta matahari. Sebuah laporan dari Larson dan rekannya menggambarkan ini sebagai lubang hitam supermasif pertama yang pernah ditemukan.

Kegembiraan di planet luar

Apa yang juga mulai ditunjukkan tahun lalu adalah bahwa JWST, dalam kata-kata ahli astrofisika Garth Illingworth, adalah “pusat spektral”. Terbukti luar biasa dalam menangkap spektrum cahaya yang dikumpulkannya, yang membawa informasi tentang objek yang diamati.

Kemampuan ini menghasilkan salah satu penemuan besar pertama teleskop: karbon dioksida di atmosfer planet raksasa, WASP 39b, mengorbit bintang yang jauh. Planet itu sendiri tidak terlihat dengan teknologi saat ini. Namun saat melintas di depan atau di belakang bintang induknya, perubahan cahaya bintang menyandikan informasi tentang atmosfer planet.

Hingga sejarah planet ini, belum ada yang berhasil mendeteksi karbon dioksida secara definitif di atmosfer planet ekstrasurya, kata Nicole Colon, astrofisikawan NASA.

“Pertama kali kami melihat tanda spektral dari fitur itu, sangat indah,” katanya. “Itu menghantam wajah kami. Itu adalah sinyal yang sangat besar, yang sangat bagus.”

Untuk lebih jelasnya, para ilmuwan yang melihat spektrum sedang melihat tampilan grafis dari data, bukan gambar sebenarnya. Larson, yang menemukan lubang hitam supermasif, sangat kagum dengan pencitraan spektral wilayah pusat yang terang di galaksi tersebut sehingga, dalam kata-katanya, “Saya tidak pernah berpikir untuk melihat gambar sebenarnya dari JWST.”

Saat itulah Kartaltepe menunjukkan kepadanya gambar galaksi yang diperoleh teleskop. Hebatnya, galaksi ini memiliki tiga titik terang, dengan satu titik terang di tengahnya. Ini adalah lubang hitam supermasif Larson.

“Saya baru saja mulai menangis,” katanya.