BALTIMORE — Sejauh ini sudah menjadi permen mata dari surga: Ruang hitam yang luas penuh dengan gumpalan cahaya yang misterius dan jauh tak terduga. Potret hantu Neptunus, Jupiter, dan tetangga lain yang kami pikir sudah kami kenal. Nebula dan galaksi terlihat oleh mata inframerah yang menembus Teleskop Luar Angkasa James Webb.
Teleskop, dinamai James Webb, administrator NASA selama pembangunan pendaratan Apollo di bulan, adalah proyek bersama NASA, Badan Antariksa Eropa, dan Badan Antariksa Kanada. Itu diluncurkan pada Natal satu tahun lalu – setelah dua dekade yang dilanda masalah dan $ 10 miliar – dalam misi untuk mengamati alam semesta dalam panjang gelombang yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Dengan cermin utama selebar 21 kaki, Webb tujuh kali lebih kuat dari pendahulunya, Hubble Space Telescope. Bergantung pada bagaimana Anda melakukan penghitungan, satu jam waktu pengamatan di teleskop dapat menelan biaya NASA $19.000 atau lebih.
Tetapi baik NASA maupun para astronom tidak membayar semua uang dan modal politik itu hanya untuk gambar-gambar cantik – tidak ada yang mengeluh.
“Gambar pertama hanyalah permulaan,” kata Nancy Levenson, direktur sementara Institut Sains Teleskop Luar Angkasa, yang mengoperasikan Webb dan Hubble. “Dibutuhkan lebih banyak untuk mengubahnya menjadi sains nyata.”
Masa depan (inframerah) yang cerah
Selama tiga hari di bulan Desember, sekitar 200 astronom memenuhi auditorium di institut tersebut untuk mendengar dan mendiskusikan hasil pertama dari teleskop tersebut. Sekitar 300 tambahan menonton secara online, menurut penyelenggara. Acara tersebut berfungsi sebagai perayaan yang terlambat atas peluncuran dan peresmian Webb yang sukses dan pratinjau masa depannya yang cerah.
Satu per satu, para astronom berbaris ke podium dan, berbicara dengan cepat untuk mematuhi batas 12 menit, menerobos penemuan kosmos. Galaksi yang, bahkan di usia relatif muda, telah melahirkan lubang hitam supermasif. Studi atmosfer dari beberapa dari tujuh exoplanet berbatu yang mengorbit Trappist 1, bintang kerdil merah yang mungkin memiliki planet layak huni. (Data menunjukkan bahwa setidaknya dua dari planet ekstrasurya tidak memiliki atmosfer hidrogen primordial yang besar yang akan menghambat kehidupan seperti yang kita ketahui, tetapi mereka mungkin memiliki atmosfer molekul yang lebih padat seperti air atau karbon dioksida.)
“Kami dalam bisnis,” kata Bjorn Benneke dari University of Montreal, saat dia mempresentasikan data salah satu exoplanet.
Megan Reiter dari Rice University mengajak rekan-rekannya untuk “menyelam jauh” melalui Cosmic Cliffs, sarang formasi bintang berawan di konstelasi Carina, yang merupakan permen langit awal favorit. Dia menelusuri bagaimana pancaran dari bintang baru, gelombang kejut, dan radiasi pengion dari bintang terdekat yang lebih masif yang lahir dengan panas mendidih terus-menerus membentuk kembali geografi kosmik dan memicu pembentukan bintang baru.
“Ini bisa menjadi template untuk apa yang dilalui matahari kita saat terbentuk,” kata Dr. Reiter dalam sebuah wawancara.
Di sela-sela presentasi, di sela-sela dan di lorong, para astronom senior yang hadir pada tahun 1989 ketika ide teleskop Webb pertama kali disinggung, saling memberi selamat dan bertukar cerita perang tentang pengembangan teleskop. Mereka terengah-engah saat anak-anak muda memamerkan data yang melampaui pencapaian mereka sendiri dengan Hubble.
Jane Rigby, ilmuwan proyek untuk pengoperasian teleskop, mengenang kegalauan emosionalnya setahun yang lalu saat teleskop akhirnya mendekati peluncurannya. Instrumen tersebut telah dirancang untuk dibuka di luar angkasa — sebuah proses rumit dengan 344 potensi “kegagalan satu titik” — dan Dr. Rigby hanya dapat menghitungnya, berulang kali.
“Saya sedang dalam tahap penyangkalan,” katanya di Baltimore. Namun peluncuran dan penyebaran berjalan dengan sempurna. Sekarang, dia berkata, “Saya menjalani mimpi itu.”
Garth Illingworth, seorang astronom di University of California, Santa Cruz, yang pada tahun 1989 memimpin pertemuan penting di Space Telescope Science Institute yang akhirnya mengarah ke Webb, hanya mengatakan, “Saya sangat terpesona.”
Pada resepsi setelah hari pertama pertemuan, John Mather dari Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA dan ilmuwan proyek senior Webb sejak awal, mengangkat gelas kepada 20.000 orang yang membuat teleskop, 600 astronom yang telah mengujinya di luar angkasa dan generasi baru ilmuwan yang akan menggunakannya.
“Beberapa dari Anda bahkan belum lahir ketika kami mulai merencanakannya,” katanya. “Memiliki itu!”
Sebuah mesin jalan kembali
Sejauh ini teleskop, yang dilengkapi dengan kamera, spektroskop, dan instrumen lainnya, melebihi ekspektasi. (Kekuatan penyelesaiannya dua kali lebih baik dari yang diiklankan.) Peluncuran teleskop yang sempurna, Dr. Rigby melaporkan, telah meninggalkan bahan bakar manuver yang cukup untuk membuatnya tetap bekerja selama 26 tahun atau lebih.
“Ini adalah angka yang menggembirakan,” katanya, saat dia dan rekan-rekannya mengoceh tentang statistik kinerja instrumen mereka. Dr. Rigby memperingatkan bahwa instrumen teleskop masih dikalibrasi, sehingga angkanya masih bisa berubah. Bersiaplah untuk menghitung ulang hasil Anda dengan menekan satu tombol, katanya kepada sekelompok astronom di lobi: “Jika tidak, Anda akan membenci hidup Anda.”
Mungkin kejutan terbesar dari teleskop Webb sejauh ini melibatkan peristiwa di awal milenium alam semesta. Galaksi tampaknya telah membentuk, menghasilkan, dan memelihara bintang lebih cepat daripada perkiraan model kosmologis yang telah teruji.
“Bagaimana galaksi menjadi begitu tua begitu cepat?” tanya Adam Riess, peraih Nobel Fisika dan ahli kosmologi dari Universitas Johns Hopkins yang mampir hari itu.
Menjelajahi provinsi itu – “mata air kosmik”, sebagaimana seorang astronom menyebutnya – adalah tujuan dari beberapa kolaborasi internasional dengan akronim tajam seperti JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), GLASS (Grism Lens-Amplified Survey From Space) dan PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science).
Penglihatan inframerah Webb merupakan dasar dari upaya ini. Saat alam semesta mengembang, galaksi dan benda langit jauh lainnya bergerak menjauh dari Bumi dengan sangat cepat sehingga cahayanya telah diregangkan dan dialihkan ke panjang gelombang inframerah yang tidak terlihat. Melampaui titik tertentu, galaksi-galaksi terjauh menyusut begitu cepat, dan panjang gelombang cahayanya begitu terbentang, sehingga tidak terlihat bahkan oleh teleskop Hubble.
Teleskop Webb dirancang untuk mengekspos dan menjelajahi wilayah ini, yang mewakili alam semesta yang baru berusia satu miliar tahun, ketika galaksi pertama mulai mekar dengan bintang.
“Materi membutuhkan waktu untuk mendingin dan menjadi cukup padat untuk menyalakan bintang,” kata Emma Curtis-Lake, dari University of Hertfordshire dan anggota tim JADES. Laju pembentukan bintang memuncak ketika alam semesta berusia empat miliar tahun, tambahnya, dan terus menurun sejak saat itu. Kosmos sekarang berusia 13,8 miliar tahun.
Para astronom mengukur jarak kosmik dengan parameter yang disebut redshift, yang menunjukkan seberapa jauh cahaya dari objek jauh telah diregangkan. Beberapa bulan yang lalu pergeseran merah 8, yang sesuai dengan waktu ketika alam semesta berusia sekitar 646 juta tahun, dianggap sebagai pergeseran merah tinggi. Terima kasih kepada Dr. Curtis-Lake dan rekan-rekannya, rekor pergeseran merah sekarang menjadi 13,2, sesuai dengan saat alam semesta baru berusia 325 juta tahun.
Curtis-Lake dan timnya telah mengarahkan teleskop ke sebidang langit yang disebut GOODS South, mencari galaksi yang tidak dapat dideteksi Hubble. Benar saja, ada empat dari mereka, hantu dalam kabut panas penciptaan. Pengukuran selanjutnya menegaskan bahwa mereka memang kembali ke masa lalu.
“Kami tidak ingin mengatakan bahwa kami mempercayainya – secara terbuka,” kata Brant Robertson, anggota JADES dari University of California, Santa Cruz.
Rekor tersebut diperkirakan tidak akan bertahan lama. Kolaborasi CEERS telah melaporkan kandidat galaksi yang dapat mengalami pergeseran merah 16 kali, sejak alam semesta baru berusia 250 juta tahun.
Para ahli sudah memperdebatkan apakah galaksi-galaksi yang terlalu bersemangat ini mengungkapkan sesuatu yang mendasar, dan terabaikan, dalam teori-teori alam semesta awal saat ini. Mungkin beberapa medan atau efek meningkatkan gravitasi saat itu dan mempercepat pertumbuhan galaksi dan lubang hitam. Atau mungkin perbedaan hanya mencerminkan ketidakpastian ilmiah tentang rincian yang berantakan — “gastrofisika” — pembentukan bintang.
Selama 20 tahun terakhir, para astronom telah mengasah “model standar” yang solid dari alam semesta yang terdiri dari energi gelap, materi gelap, dan sedikit materi atom. Terlalu dini untuk mematahkan model itu, kata Dr. Curtis-Lake dalam sebuah wawancara; Webb mungkin memiliki tiga dekade pengamatan sebelumnya. “Kami dalam tahap awal,” katanya.
Pembicaraan penutup jatuh ke tangan Dr. Mather. Dia membatasi sejarah teleskop, dan berteriak kepada Barbara Mikulski, mantan senator Maryland, yang mendukung proyek tersebut pada tahun 2011 ketika terancam dibatalkan. Dia juga mempratinjau tindakan besar NASA berikutnya: teleskop ruang angkasa 12 meter yang disebut Observatorium Dunia Habitable yang akan mencari planet dan mempelajarinya.
“Semua yang kami lakukan ternyata sepadan,” katanya. “Jadi kita di sini: Ini adalah pesta perayaan, mengintip apa yang ada di sini. Itu bukan hal terakhir yang akan kita lakukan.”