Apa yang Akan Ditemukan Teleskop Antariksa Nancy Grace Roman?

Di mana teleskop ini akan beroperasi?

Setelah diluncurkan, Roman akan menuju lokasi di sekitar titik L2 Matahari-Bumi, sekitar 1,5 juta kilometer dari Bumi. Posisi ini berada di arah yang berlawanan dengan Matahari jika dilihat dari Bumi. Sudut pandang tersebut dirancang untuk mendukung pengamatan inframerah dan membantu teleskop memindai area langit yang luas secara stabil.

Mengapa NASA membangun Roman?

Roman dibuat untuk menjawab sejumlah pertanyaan terbesar dalam astrofisika modern, antara lain:

• Energi gelap: Apa yang mendorong pemuaian alam semesta semakin cepat?
• Materi gelap: Bagaimana materi tak kasatmata ini tersebar dan memengaruhi pertumbuhan struktur kosmik?
• Eksoplanet: Seberapa umum planet di luar Tata Surya, terutama planet dingin dan bermassa rendah?
• Evolusi galaksi: Bagaimana galaksi dan quasar berubah selama miliaran tahun?
• Astrofisika inframerah: Apa yang dapat diungkap cahaya inframerah tentang wilayah berdebu, galaksi jauh, bintang, dan sistem keplanetan?

Berbeda dari teleskop yang mengamati satu objek sangat redup secara mendalam, Roman dirancang untuk memindai wilayah langit yang luas dengan cepat dan konsisten. Skala ini penting karena objek langka, peristiwa sementara, serta pola samar dalam struktur kosmik akan lebih mudah ditemukan dan diukur secara statistik jika jumlah sampelnya sangat besar.

Keunggulan bidang pandang yang sangat luas

Instrumen utama Roman, Wide Field Instrument (WFI), merupakan kamera inframerah berukuran 300 megapiksel dengan bidang pandang setidaknya 100 kali lebih luas daripada Hubble. Setiap gambarnya akan mencakup area langit yang lebih besar daripada ukuran tampak Bulan purnama, sekaligus mempertahankan kemampuan pencitraan di bawah satu detik busur.

Kombinasi ini memberi Roman peran yang berbeda dalam astronomi antariksa:

1. Memindai lebih banyak langit dalam satu pemotretan. Roman dapat membuat peta langit berskala luas dengan waktu pengamatan yang lebih singkat.
2. Menemukan objek dan peristiwa langka. Bidang pandang yang lebar meningkatkan peluang menangkap galaksi tak biasa, objek yang berubah, dan peristiwa kosmik berumur pendek.
3. Membangun sampel statistik yang lebih kuat. Katalog berukuran besar membantu astronom membedakan sinyal kosmik yang nyata dari variasi acak.
4. Menyediakan sasaran untuk pengamatan lanjutan. Hubble, James Webb Space Telescope, dan observatorium di Bumi dapat meneliti objek yang paling menarik secara lebih detail.

NASA memperkirakan Roman dapat mengukur cahaya dari sekitar satu miliar galaksi selama masa misinya. Dalam lima tahun pertama, misi ini diperkirakan menghasilkan kumpulan data yang sangat besar, dengan materi teknis NASA memperkirakan volume data sekitar 11 terabit per hari dan lebih dari 20 petabita selama lima tahun pertama operasi.

Apa saja yang akan diamati Roman?

Program pengamatan Roman direncanakan menggabungkan tiga survei inti komunitas astronomi dengan berbagai program astrofisika umum. Tiga survei inti tersebut adalah High-Latitude Wide-Area Survey, High-Latitude Time-Domain Survey, dan Galactic Bulge Time-Domain Survey.

Survei wilayah luas akan menggabungkan pencitraan dan spektroskopi di ribuan derajat persegi langit. Tujuan utamanya dalam kosmologi adalah memetakan persebaran galaksi dan mengukur bentuk galaksi-galaksi jauh. Namun, data yang sama juga dapat digunakan untuk meneliti objek Tata Surya, struktur Bima Sakti, galaksi terdekat, quasar, serta evolusi galaksi hingga masa reionisasi.

Data pengamatan Roman direncanakan tersedia untuk publik tanpa masa akses terbatas bagi kelompok tertentu. Pendekatan data terbuka ini memungkinkan banyak tim peneliti menganalisis hasil survei dan mengeksplorasi pertanyaan ilmiah di luar tujuan utama misi.

Bagaimana Roman meneliti energi gelap dan materi gelap?

Roman akan mempelajari energi gelap dengan mengukur dua hal: bagaimana alam semesta mengembang dan bagaimana strukturnya tumbuh dari waktu ke waktu. NASA menyebut beberapa teknik yang saling melengkapi, termasuk pengukuran jarak supernova, studi pergeseran merah galaksi dan osilasi akustik barion, serta lensa gravitasi lemah.

Lensa gravitasi lemah juga sangat berguna untuk meneliti materi gelap. Gravitasi dari materi yang berada di antara teleskop dan galaksi latar akan sedikit membelokkan cahaya, sehingga bentuk galaksi-galaksi tersebut tampak mengalami distorsi. Dengan mengukur distorsi yang saling berkaitan di wilayah langit yang sangat luas, astronom dapat membuat peta persebaran seluruh materi, termasuk materi gelap yang tidak memancarkan atau memantulkan cahaya yang dapat dideteksi.

Membandingkan sejarah pemuaian alam semesta dengan pertumbuhan strukturnya dapat menguji berbagai penjelasan mengenai percepatan kosmik. Hasilnya mungkin menunjukkan bahwa energi gelap berperilaku sesuai perkiraan atau justru mengisyaratkan perlunya meninjau kembali pemahaman tentang gravitasi dan kosmologi.

Bagaimana Roman menemukan eksoplanet?

Galactic Bulge Time-Domain Survey akan berulang kali mengamati wilayah padat menuju pusat Bima Sakti. Survei ini akan menggunakan pelensaan mikro gravitasi atau gravitational microlensing, yaitu metode ketika gravitasi sebuah bintang di depan untuk sementara memperbesar cahaya bintang lain yang lebih jauh di belakangnya.

Jika bintang di depan memiliki planet, planet tersebut dapat menghasilkan sinyal tambahan yang singkat dalam pola peningkatan cahaya. Metode pelensaan mikro sangat berguna untuk menemukan planet dingin, planet bermassa rendah, dan planet pengembara bebas yang sulit dideteksi dengan metode transit atau kecepatan radial.

Roman juga membawa Coronagraph Instrument, yang berfungsi sebagai demonstrasi teknologi, bukan kamera survei utama misi. Dengan mengurangi silau dari bintang induk, instrumen ini dirancang untuk menguji pencitraan langsung planet seukuran Jupiter yang telah matang dan mengorbit bintang mirip Matahari di sekitar kita. Hasilnya dapat membantu pengembangan observatorium masa depan yang mampu memotret planet yang lebih kecil dan berpotensi menyerupai Bumi.

Dua instrumen utama Roman

Wide Field Instrument

WFI adalah instrumen sains utama Roman. Instrumen ini akan melakukan pencitraan inframerah dan spektroskopi di wilayah luas menggunakan sejumlah filter, grism, dan prisma beresolusi rendah. Kemampuan tersebut mendukung program utama misi dalam kosmologi, evolusi galaksi, pengamatan objek yang berubah terhadap waktu, dan pencarian eksoplanet melalui pelensaan mikro.

Coronagraph Instrument

Coronagraph Instrument berfokus pada teknologi pencitraan langsung dengan kontras tinggi. Tugasnya adalah menguji cara memblokir atau menekan cahaya bintang agar planet yang jauh lebih redup di dekatnya dapat terlihat. Instrumen ini penting bagi pengembangan teknologi masa depan, tetapi kekuatan ilmiah utama Roman tetap terletak pada kemampuan survei panoramik WFI.

Peran Roman bersama Hubble dan Webb

Roman tidak dibuat untuk menggantikan Hubble atau James Webb Space Telescope. Ketiganya memiliki strategi pengamatan yang berbeda dan saling melengkapi.

• Roman: Memindai wilayah langit yang sangat luas dengan cepat untuk menemukan pola, populasi objek, peristiwa sementara, dan sasaran menarik.
• Hubble: Terus menyediakan pengamatan berketajaman tinggi serta arsip data jangka panjang untuk objek dan wilayah tertentu.
• Webb: Meneliti sasaran pilihan dengan detail lebih tinggi dan dapat melihat lebih jauh ke masa lalu pada panjang gelombang inframerah tertentu.

NASA merangkum pembagian peran tersebut secara sederhana: Roman akan melakukan survei wilayah luas, sedangkan Hubble dan Webb berfokus pada objek atau wilayah tertentu. Peta besar yang dibuat Roman dapat menjadi lapisan penemuan dan konteks, lalu observatorium lain melakukan pengamatan lanjutan terhadap sasaran yang paling penting secara ilmiah.

Dampak terbesar Roman ada pada skalanya

Penemuan utama Roman mungkin mencakup planet-planet baru, pengukuran energi gelap yang lebih akurat, dan peta struktur kosmik yang lebih rinci. Namun, kontribusi terbesarnya kemungkinan berasal dari penggabungan pencitraan inframerah yang tajam, spektroskopi, pengamatan berulang, dan akses terbuka terhadap kumpulan data berukuran sangat besar.

Pendekatan ini memungkinkan astronom mempelajari pertanyaan terbesar—bagaimana alam semesta mengembang dan bagaimana strukturnya terbentuk—sekaligus berbagai pertanyaan yang lebih spesifik, mulai dari pusat Bima Sakti yang padat hingga galaksi jauh dan sistem keplanetan yang sebelumnya belum diketahui.

Inovasi utama Roman bukan sekadar kemampuannya melihat lebih jauh. Yang lebih penting, Roman akan melihat jauh lebih banyak bagian langit dalam satu waktu, sehingga alam semesta dapat dipelajari sebagai populasi besar yang bisa diukur, bukan hanya sebagai kumpulan objek individual.