Di luar kantor Hiroya Yamaguchi terdapat papan tulis yang penuh dengan bintang yang meledak, diagram pesawat ruang angkasa, dan garis spektrum. Hasil cetakan A4 mengaburkan hampir seluruh ruang kosong, kecuali di sudut kecil tempat ia sesekali mencoret-coret dengan kapur putih. Saat ini, Yamaguchi, seorang profesor di Institut Astronautika dan Astronautika Jepang, sedang berdiri di depan papan tulis, menghadap saya.
Dia memberi saya kursus kilat dalam Misi Pencitraan dan Spektroskopi Sinar-X, atau XRISM, sebuah kemitraan antara NASA, Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang (JAXA) dan Badan Antariksa Eropa (ESA). Hal pertama yang saya pelajari adalah saya selalu salah menyebut nama teleskop. Untungnya, saya kebanyakan mengulangi kalimat “ex-riz-um” yang salah di kepala saya. Ini sebenarnya diucapkan “criz-um”.
Kedua, teleskop luar angkasa ini diluncurkan pada 6 September 2023 dan membawa beban terberat: antisipasi.
Terkait: JAXA dan NASA mengungkap gambar pertama dari teleskop luar angkasa sinar-X XRISM
Dua teleskop sinar-X milik Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang sebelumnya, Suzaku dan Hitomi, mengalami masalah setelah diluncurkan. Spektograf Suzaku tidak berfungsi setelah diluncurkan, namun mampu melaksanakan misi pencitraan selama satu dekade. Kondisi Hitomi sangat buruk: setelah mengambil gambar optik pertamanya, pesawat ruang angkasa tersebut berputar tidak terkendali dan terbelah. XRISM telah menunjukkan kinerja yang baik sejauh ini, kata Yamaguchi, dan telah memberikan banyak data kepada para ilmuwan sejak cahaya pertama kali muncul pada bulan Januari, termasuk beberapa penemuan yang tidak diharapkan dapat ditemukan oleh siapa pun.
“Ada banyak kejutan,” Yamaguchi tertawa sambil melihat berbagai hasil cetakan yang ditempel di papan.
Namun ada masalah kecil.
Pertama, kabar baiknya: Instrumen utama teleskop, spektrometer sinar-X lembut yang dikenal sebagai Resolve, berfungsi sesuai harapan. Berita yang sedikit lebih buruk: Pintu slot yang menutupi Resolve tidak terbuka. Berbagai upaya untuk membuka pintu – atau “katup gerbang” – gagal. Meskipun ada laporan yang dimiliki Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang (JAXA) dan NASA Diputuskan untuk “mengoperasikan pesawat ruang angkasa apa adanya setidaknya selama 18 bulan.”“Ini belum diputuskan secara resmi,” kata Yamaguchi kepada saya.
Seorang juru bicara NASA menegaskan, “NASA dan JAXA terus melakukan diskusi tentang jalur terbaik ke depan untuk mengoperasikan XRISM; opsi utama saat ini adalah mengumpulkan ilmu pengetahuan untuk 18 bulan ke depan sebelum melakukan upaya lain untuk membuka katup gerbang, namun badan-badan tersebut akan melakukannya. jangan lakukan itu.” Lanjutkan mengevaluasi alternatif.”
Saat pintu ditutup, muncul pertanyaan “bagaimana jika?” Situasi bagi spesialis misi dan astronom sinar-X muncul dengan sendirinya. Di satu sisi, pesawat luar angkasa ini bekerja dengan baik dan menunjukkan kemampuannya dalam menyediakan sejumlah besar data baru dan menarik. Mencoba membuka pintu dapat merusak pesawat luar angkasa. Di sisi lain, membuka pintu bisa mengubah pemahaman kita tentang alam semesta secara radikal.
Selesaikan untuk x'
Sinar-X memberikan cara untuk mengeksplorasi beberapa fenomena paling energik di alam semesta, namun karena atmosfer bumi menghalangi sinar-X, teleskop luar angkasa merupakan suatu kebutuhan.
“Kami mengungkap struktur alam semesta,” kata Aurora Simionescu, ahli astrofisika di Institut Penelitian Luar Angkasa Belanda, kepada saya. “Itulah yang dilakukan sinar-X.”
Saat ini terdapat lebih dari selusin teleskop sinar-X di luar angkasa, termasuk Observatorium Chandra milik NASA, salah satu observatorium besar, dan mungkin yang paling terkenal karena Pemandangan yang luar biasa Saya diperkenalkan dengan alam semesta sinar-X. Dengan kemampuannya melihat spektrum sinar-X paling detail hingga saat ini, XRISM berharap dapat menciptakan warisan serupa. Namun, Yamaguchi menunjukkan bahwa meskipun Chandra dan XRISM mengamati bagian spektrum elektromagnetik yang sama, mereka seharusnya melakukannya dengan cara yang berbeda. Ini tergantung pada perangkat keras onboard.
Solusinya adalah apa yang dikenal sebagai mikrospektrometer. Detektor mengubah sinar-X menjadi panas, mengukur perubahan suhu dalam hitungan menit – kita berbicara tentang perubahan dalam millikelvin – untuk menentukan jumlah dan energi sinar-X yang diamati yang berasal dari wilayah ruang tertentu. Energi diukur dalam elektron volt (eV).
Oleh karena itu, perangkat harus didinginkan hanya beberapa derajat di atas nol mutlak. Ini bahkan lebih dingin daripada radiasi latar gelombang mikro kosmik, yaitu radiasi yang tersisa sejak awal waktu. Radiasi ini tersebar luas di seluruh alam semesta kita, bahkan sampai sekarang Tersembunyi dari mata manusia Karena betapa dinginnya cuaca. “Pada dasarnya suhu di bumi sekitar 30 kali lebih dingin dibandingkan bagian terdingin di luar angkasa,” kata Simionescu. Efek pendinginan ekstrim dicapai dengan cara kimia dan mekanis.
Chandra menggunakan jenis detektor sinar-X yang berbeda, yang dilengkapi serangkaian perangkat berpasangan muatan, atau CCD. Ini mengubah foton sinar-X menjadi elektron, bukan panas.
Mengukur energi sangat berguna, karena Anda dapat memplot jumlah sinar-X yang mengenai teleskop Anda terhadap tingkat energinya, sehingga menciptakan apa yang oleh para peneliti disebut sebagai “spektrum”. Solusi XRISM memiliki keunggulan dalam hal ini. Ia mampu mengukur energi sekitar 20 hingga 30 kali lebih tinggi dari Chandra, dan dengan akurasi lebih tinggi. “Hal ini memungkinkan XRISM untuk mempelajari lebih detail fisika atom dan struktur kecepatan sumber sinar-X,” kata Patrick Slane, direktur Pusat Sinar-X Chandra.
Namun Chandra punya kelebihan tersendiri. Slane mengatakan cermin ini juga terbuat dari cermin sinar-X kualitas tertinggi yang pernah ada, yang berarti kualitas gambarnya jauh melebihi XRISM. Kuncinya di sini adalah cermin memberi Chandra resolusi sudut 0,5 detik busur, memungkinkan Chandra membedakan objek yang berdekatan di langit. Bandingkan dengan XRism yang memiliki resolusi sudut 1,7 arcsecmenit.
Berkat prestasi teknik ini, Slane mengatakan Chandra dapat memilih sumber sinar X sekitar 200 kali lebih mudah dibandingkan XRISM. Secara praktis, hal ini membuat teleskop NASA sangat berguna untuk memfokuskan pada sumber titik tersebut – target yang jauh dan lebih kecil seperti bintang neutron, planet, dan komet. XRISM berguna untuk “memperluas” target, seperti penyebaran gas antar dan di dalam galaksi.
Yang akhirnya membawa kita ke katup gerbang XRISM: pintu yang tertutup secara efektif mencegah sinar-X berenergi rendah mencapai detektor. Hingga saat ini, teleskop terus mengeksplorasi dunia sinar-X berenergi tinggi karena panjang gelombang tersebut tidak terpengaruh oleh masalah gerbang – bahkan, baik Yamaguchi dan Simionescu mengatakan bahwa teleskop tersebut telah memberikan hasil yang mengesankan pada energi yang lebih tinggi.
Namun jika pintu tersebut tetap tertutup selamanya, para ilmuwan harus menghadapi bagian-bagian alam semesta yang tidak dapat diakses… setidaknya, sampai teleskop sinar-X lain hadir, yang kemungkinan besar akan menjadi misi Athena pada pertengahan tahun 2030-an.
Gerbang XRism
Katup gerbang dirancang untuk mempertahankan kondisi hampir vakum di dalam cryostat teleskop – lemari es yang memastikan instrumennya tetap sangat dingin – sementara XRISM dipusatkan di tanah.
Setelah teleskop berada di orbit, mempertahankan ruang hampa jenis ini tidak akan menjadi masalah. Di dalam ruang, ruang itu sendiri menciptakan kekosongan. Oleh karena itu, katup gerbang dirancang untuk membuka dalam proses dua langkah setelah dilepaskan, melalui serangkaian aktuator. Singkatnya, aktuator meluncur ke belakang untuk memungkinkan pintu – terbuat dari jendela berilium dan jaring baja – terbuka. Hal ini tidak terjadi.
Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang mencoba membuka perangkat tersebut pada tiga kesempatan berbeda, tetapi perangkat tersebut tidak mau bergerak. Upaya selanjutnya akan lebih berisiko karena mungkin memerlukan pemanasan dari suhu dan getaran yang sangat rendah. hasil? Perpindahan mesin secara paksa. Ini adalah risiko yang perlu dievaluasi oleh badan antariksa yang mengerjakan XRISM. Dengan katup gerbang tertutup, mereka sebenarnya menyimpan data perbankan. Ini data yang sangat bagus.
“Hal yang paling indah adalah ketika Anda melihat datanya, dan hasilnya tidak seperti yang Anda harapkan — dan itu terjadi pada data XRISM saat ini,” kata Simionescu.
Namun, ini masih menjadi terobosan yang sulit bagi Simionescu. Dia sangat tertarik mempelajari sinar-X dari “atmosfer galaksi” – hal yang dirancang untuk dilihat oleh XRISM dengan katup gerbang terbuka. Dengan ditutupnya portal, bagian dunia sinar-X tersebut tetap terkunci. Dia sepenuhnya setuju dengan keputusan untuk tidak mengambil risiko mencoba membuka portal – setidaknya untuk saat ini. Tapi bukan berarti itu tidak menyakitkan, mengetahui apa yang mungkin terjadi.
“Saya sangat sedih karena kita tidak bisa melihat di bawah 2 keV,” kata Simonescu.
Dan apa yang ada di bawah?
Beberapa teleskop luar angkasa sinar-X, seperti XMM-Newton milik Badan Antariksa Eropa, dapat melihat sinar-X berenergi lebih rendah, hingga kurang dari 2 keV. Misalnya, Gugus Koma, yang berisi lebih dari 1.000 galaksi, telah diamati pada energi serendah 0,3 keV. Instrumen XRISM lainnya, Xtend, juga mampu mencapai energi yang lebih rendah. Namun ini juga merupakan detektor CCD dan tidak berguna untuk memperoleh spektrum.
Kecuali XRISM, tidak ada teleskop sinar-X yang mengorbit Bumi yang memiliki kemampuan untuk melihat objek “luas” dengan energi rendah dan resolusi tinggi, yang sangat penting untuk penelitian Simionescu.
Selama panggilan online, dia membagikan gambar sinar-X M87 dengan bidang lebar, Lubang hitam pertama yang difoto oleh manusia dengan cahaya tampak. Itu adalah gambarnya Dipotong oleh Chandra Pada tahun 2019.
“Ini adalah hal favorit saya di dunia,” katanya bersemangat.
Ruang di sekitar lubang hitam ini adalah pusaran. Indikator Simionescu memantul di sekitar langit dan menunjuk ke jet besar yang berasal dari lubang hitam serta wilayah gas padat dan filamen sepanjang satu tahun cahaya di alam semesta. Dia menjelaskan grafik spektrum yang diamati Chandra di M87 – semuanya di bawah 2 keV – dan mencatat bagaimana semuanya merupakan garis emisi “sangat masif” dari oksigen, neon, nikel, dan gas lainnya.
Dengan dibukanya portal, hal itu akan berubah.
“Anda dapat mengetahui komposisi gas, bagaimana gas tersebut dipindahkan, bagaimana gas tersebut didorong keluar oleh lubang hitam – semua informasi yang tidak dapat Anda peroleh saat ini,” katanya.
Menarik untuk memikirkan lompatan maju XRISM di tengah ketidakpastian seputar misi Chandra NASA.
Sayangnya, bidang astronomi sinar-X bisa saja tanpa Chandra dalam waktu dekat. Pengoperasian teleskop luar angkasa, yang telah berjalan selama 25 tahun, menghadapi pemotongan anggaran besar-besaran pada tahun 2024. Kata para astronom Anggaran yang diusulkan akan menghilangkan misi tersebut.
“Jika Chandra dibatalkan, kita akan kehilangan sumber daya yang sangat besar untuk semua astrofisika modern,” kata Slane.
Ini akan menjadi akhir yang memalukan bagi observatorium besar tersebut, yang tetap sangat berharga untuk penemuan-penemuan di masa depan, termasuk pekerjaan bersama XRISM. Jika JAXA membuka pintunya, Chandra akan menjadi alat penting untuk tindak lanjut observasi XRISM.
Sementara itu, hantu Suzaku dan Hitomi akan tetap ada hingga upaya berikutnya untuk membuka pintu. Saat ini, bidang astronomi sinar-X sedang bersemangat dengan apa yang akan terjadi di masa depan. Skenario terburuknya tidak terlalu buruk, tergantung bagaimana Anda melihatnya.
“Kami mengumpulkan data luar biasa yang belum pernah diperoleh siapa pun sebelumnya,” kata Simonescu. “Spektrumnya sungguh menakjubkan.”
“Spesialis budaya pop. Ahli makanan yang setia. Praktisi musik yang ramah. Penggemar twitter yang bangga. Penggila media sosial. Kutu buku bepergian.”
More Stories
Nikmati video perintis kristalisasi ruang-waktu yang pertama
Para ilmuwan telah menemukan identitas sebenarnya dari kadal laut purba
Langit musim panas di dekatnya menampilkan Perseid, bulan biru, planet, dan Bima Sakti