Menggunakan Astronomi Microwave Untuk Menjelajahi Kosmos

Tidak banyak orang berpikir tentang gelombang mikro kosmik saat mereka memakan makanan untuk makan siang setiap hari. Jenis radiasi yang sama yang digunakan oven microwave untuk membonceng burrito membantu para astronom menjelajahi alam semesta. Itu benar: emisi gelombang mikro dari luar angkasa membantu memberikan mengintip kembali pada masa bayi kosmos.

Seperangkat objek yang memancarkan gelombang mikro di ruang angkasa. Sumber terdekat dari gelombang mikro nonterrestrial adalah Matahari kita. Panjang gelombang spesifik gelombang mikro yang dikirimnya diserap oleh atmosfer kita. Uap air di atmosfer kita dapat mengganggu deteksi radiasi gelombang mikro dari ruang angkasa, menyerapnya, dan mencegahnya mencapai permukaan bumi. Itu mengajari para astronom yang mempelajari radiasi gelombang mikro di kosmos untuk meletakkan detektor mereka di ketinggian tinggi di Bumi, atau keluar di luar angkasa.

Di sisi lain, sinyal gelombang mikro yang dapat menembus awan dan asap dapat membantu para peneliti mempelajari kondisi di Bumi dan meningkatkan komunikasi satelit. Ternyata ilmu gelombang mikro bermanfaat dalam banyak hal.

Sinyal gelombang mikro datang dalam panjang gelombang yang sangat panjang. Mendeteksi mereka membutuhkan teleskop yang sangat besar karena ukuran detektor perlu berkali-kali lebih besar daripada panjang gelombang radiasi itu sendiri. Observatorium astronomi gelombang mikro paling terkenal ada di ruang angkasa dan telah mengungkapkan detail tentang benda dan peristiwa sampai ke awal jagat raya.

Pusat kita sendiri galaksi Bima Sakti adalah sumber gelombang mikro, meskipun tidak begitu luas seperti di galaksi lain yang lebih aktif. Lubang hitam kami (disebut Sagitarius A *) cukup tenang, seperti yang terjadi sekarang. Tampaknya tidak memiliki jet besar, dan hanya sesekali memakan bintang dan material lain yang lewat terlalu dekat.

Pulsar (bintang neutron berputar) adalah sumber radiasi gelombang mikro yang sangat kuat. Benda-benda yang kuat dan kompak ini adalah yang kedua setelah lubang hitam dalam hal kepadatan. Bintang neutron memiliki medan magnet yang kuat dan laju rotasi yang cepat. Mereka menghasilkan spektrum radiasi yang luas, dengan emisi microwave sangat kuat. Kebanyakan pulsar biasanya disebut sebagai "pulsar radio" karena emisi radio yang kuat, tetapi mereka juga bisa "microwave-cerah."

Banyak sumber gelombang mikro yang menakjubkan terletak jauh di luar tata surya dan galaksi kita. Misalnya, galaksi aktif (AGN), ditenagai oleh lubang hitam supermasif di inti mereka, memancarkan gelombang mikro yang kuat. Selain itu, mesin lubang hitam ini dapat membuat jet plasma besar yang juga bersinar terang pada panjang gelombang gelombang mikro. Beberapa struktur plasma ini bisa lebih besar dari seluruh galaksi yang berisi lubang hitam.

Pada tahun 1964, ilmuwan Universitas Princeton David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke, dan Peter Roll memutuskan untuk membangun detektor untuk mencari gelombang mikro kosmik. Mereka bukan satu-satunya. Dua ilmuwan di Bell Labs — Arno Penzias dan Robert Wilson — juga membangun "tanduk" untuk mencari gelombang mikro. Radiasi semacam itu telah diprediksi pada awal abad ke-20, tetapi tidak ada yang melakukan apa pun untuk mencarinya. Pengukuran para ilmuwan pada tahun 1964 menunjukkan "pencucian" radiasi gelombang mikro di seluruh langit. Sekarang ternyata pancaran gelombang mikro yang redup adalah sinyal kosmik dari jagat raya awal. Penzias dan Wilson kemudian memenangkan Hadiah Nobel untuk pengukuran dan analisis yang mereka lakukan yang mengarah ke konfirmasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB).

Akhirnya, para astronom mendapat dana untuk membangun detektor gelombang mikro berbasis ruang angkasa, yang dapat memberikan data yang lebih baik. Sebagai contoh, satelit Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) membuat studi rinci tentang CMB ini dimulai pada tahun 1989. Sejak itu, pengamatan lain yang dilakukan dengan Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) telah mendeteksi radiasi ini.

CMB adalah sisa-sisa ledakan besar, peristiwa yang menggerakkan alam semesta kita. Itu sangat panas dan energik. Ketika kosmos yang baru lahir berkembang, kepadatan panas turun. Pada dasarnya, itu mendingin, dan sedikit panas yang ada tersebar di area yang lebih besar. Saat ini, alam semesta memiliki 93 miliar tahun cahaya, dan CMB mewakili suhu sekitar 2,7 Kelvin. Para astronom menganggap bahwa suhu yang menyebar sebagai radiasi gelombang mikro dan menggunakan fluktuasi kecil dalam "suhu" CMB untuk mempelajari lebih lanjut tentang asal-usul dan evolusi alam semesta.

Gelombang mikro memancarkan pada frekuensi antara 0,3 gigahertz (GHz) dan 300 GHz. (Satu gigahertz sama dengan 1 miliar Hertz. "Hertz" digunakan untuk menggambarkan berapa banyak siklus per detik yang dipancarkan sesuatu, dengan satu Hertz satu siklus per kedua.) Rentang frekuensi ini sesuai dengan panjang gelombang antara satu milimeter (seperseribu meter) dan meter. Untuk referensi, emisi TV dan radio memancarkan di bagian bawah spektrum, antara 50 dan 1000 Mhz (megahertz).

Radiasi gelombang mikro sering digambarkan sebagai pita radiasi independen tetapi juga dianggap sebagai bagian dari ilmu astronomi radio. Astronom sering merujuk pada radiasi dengan panjang gelombang di inframerah jauh, gelombang mikro, dan gelombang radio frekuensi sangat tinggi (UHF) sebagai bagian dari radiasi "gelombang mikro", meskipun secara teknis mereka adalah tiga pita energi yang terpisah.