Bagaimana James Webb Dwelling Telescope menghancurkan alam semesta

Bagaimana James Webb Dwelling Telescope menghancurkan alam semesta

Teleskop Rumah James Webb adalah salah satu dari 10 Leap forward Applied sciences of 2023 MIT Ability Testing. Jelajahi daftar periksa lainnya di sini.

Natalie Batalha sangat ingin mendapatkan data dari Teleskop Rumah James Webb. Itu berubah menjadi beberapa bulan setelah teleskop mencapai orbit terakhirnya, dan timnya di Universitas California, Santa Cruz, diberi waktu untuk mengintip beberapa planet ekstrasurya — planet yang mengorbit bintang yang sama sekali berbeda dari matahari kita.

Di antara banyak target yang dimodifikasi menjadi WASP-39b, dunia panas yang mengorbit dalam jarak sekitar 700 tahun cahaya dari Bumi. Planet ini tersandung pada tahun lalu. Namun pada pertengahan Juli, ketika Batalha dan timnya mendapatkan pengamatan utama JWST dari dunia yang jauh, mereka melihat tanda yang jelas dari bahan bakar yang umum di Bumi tetapi belum pernah terlihat sebelumnya selain di atmosfer. planet ekstrasurya: karbon dioksida. Di Bumi, karbon dioksida adalah indikator utama keberadaan tumbuhan dan hewan. WASP-39b, yang membutuhkan waktu empat hari Bumi untuk mengorbit judulnya yang luas, terlalu panas untuk dianggap layak huni. Meskipun demikian, penemuan itu mungkin juga secara efektif menunjukkan deteksi yang lebih mendebarkan — dari dunia yang lebih beriklim — dalam jangka panjang. Dan itu bersinar beberapa hari dalam masa hidup JWST. “Itu berubah menjadi momen yang sangat mendebarkan,” kata Batalha, yang timnya telah berkumpul untuk membahas rekor untuk kali pertama. “Begitu kami muncul, sifat karbon dioksida berubah menjadi bersinar dengan luar biasa.”

Ini bukan kebetulan. JWST, sebuah kolaborasi yang dipimpin NASA antara AS, Kanada, dan Eropa, adalah teleskop hidup terpenting dalam sejarah dan dapat melihat objek 100 kali lebih redup daripada yang dapat dilihat oleh Teleskop Tetap Hubble. Hampir segera setelah ia memulai operasi besar-besaran pada Juli 2022, pemandangan luar biasa dari seluruh alam semesta mengalir, dari gambar galaksi yang jauh di pagi hari hingga lanskap nebula yang luar biasa, tempat kelahiran bintang yang dipenuhi tanah. “Ini bersinar sepenting yang kami harapkan, jika tidak lagi,” kata Gabriel Brammer, seorang astronom di University of Copenhagen di Denmark.

Namun sepak terjang di mana JWST telah membuat penemuan adalah berkat lebih dari kemampuan intrinsiknya. Para astronom menunggu bertahun-tahun untuk pengamatan yang mungkin akan dilampirkan dengan baik, membangun algoritme yang mungkin tanpa catatan akan mengubah data catatannya menjadi data catatan yang dapat digunakan. Catatan terbesar diluncurkan untuk diakses, memungkinkan komunitas raksasa untuk menyikatnya hampir secepat saat masuk. Operatornya juga telah membangun kelas yang dipelajari dari pendahulu teleskop, Hubble, mengemas agenda pengamatannya sepenting kelihatannya.

Bagi sebagian orang, banyaknya data catatan luar biasa telah mengejutkan. “Itu berubah menjadi lebih dari yang kami harapkan,” kata Heidi Hammel, seorang ilmuwan interdisipliner NASA untuk JWST dan wakil ketua sains di Asosiasi Universitas untuk Evaluasi Astronomi di Washington, DC. “Saat kami masuk ke mode operasional, itu bersinar tanpa henti. Setiap jam kami mengintip galaksi atau planet ekstrasurya atau formasi judul yang luas. Itu berubah menjadi selang pemadam kebakaran yang mewah.

Sekarang, berbulan-bulan kemudian, JWST terus mengirimkan rim data catatan ke para astronom yang tercengang di Bumi, dan diharapkan mengubah pemahaman kita tentang alam semesta yang agak jauh, planet ekstrasurya, pembentukan planet, struktur galaksi, dan tumpukan lebih banyak lagi. Tidak semua orang menyukai kesibukan olahraga, yang kadang-kadang mencerminkan penekanan pada sepak terjang melalui jalur ilmiah, namun tidak ada keraguan bahwa JWST adalah penonton yang berpenampilan menarik di seluruh dunia dengan berjingkrak tanpa batas. Pintu air telah terbuka—dan tidak akan ditutup lagi dalam waktu dekat.

Membuka pipa

JWST mengorbit matahari di sekitar titik stabil 1,5 juta kilometer dari Bumi. Replika signifikan berlapis emasnya yang lebar, yang sebesar jerapah, aman dari silau matahari dengan pelindung matahari seukuran lapangan tenis, memungkinkan pemandangan alam semesta yang luar biasa dalam cahaya inframerah.

Teleskop berubah menjadi waktu yang sangat lama datang. Pertama kali dibuat pada 1980-an, itu direncanakan untuk dikirim sekitar tahun 2007 dengan harga $ 1 miliar. Namun kerumitannya menyebabkan penundaan yang intensif, menghabiskan uang kecuali pada satu titik itu dijuluki “teleskop yang memakan astronomi”. Ketika JWST in the rampasan diluncurkan, pada Desember 2021, perkiraan biayanya telah membengkak menjadi hampir $10 miliar.

Bahkan setelah melahirkan, ada saat-saat yang mencemaskan. Perjalanan teleskop ke lokasinya menunjukkan sebelum orbit bulan memakan waktu satu bulan, dan banyak bagian yang bergerak diperlukan untuk menyebarkan berbagai titiknya, bersama dengan pelindung matahari raksasanya, yang diharapkan membuat perangkat cantik inframerah menjadi dingin.

Pamerannya adalah membuat teleskop sesibuk kelihatannya: “Hal terburuk yang mungkin juga akan kami hilangkan adalah memiliki teleskop yang malas.”

Meskipun demikian, penundaan, pembengkakan anggaran, dan ratusan ketegangan telah teratasi. JWST sedang bekerja keras, aktivitasnya dikoreografikan dengan ketat oleh Institut Ilmu Teleskop Rumah (STScI) di Baltimore. Seminggu, sebuah tim merencanakan pengamatan teleskop yang akan datang, menarik dari agenda jangka panjang sejumlah besar program berlisensi untuk dijalankan pada tahun pertama sainsnya, dari Juli 2022 hingga Juni 2023.

Pamerannya adalah mendapatkan teleskop sesibuk kelihatannya. “Hal terburuk yang mungkin juga akan kami hilangkan adalah memiliki teleskop yang malas,” kata Dave Adler di STScI, perencanaan berfluktuasi tinggi untuk JWST. “Ini bukan lagi komponen berbiaya rendah.” Pada tahun sembilan puluhan, Hubble kadang-kadang mengamankan dirinya sendiri untuk hidup jika program diubah atau dibatalkan; Agenda JWST sengaja kelebihan permintaan untuk mencegah gangguan tersebut. Pendorong onboard dan roda respons, yang bergerak untuk mengubah orientasi, mengalihkan teleskop dengan presisi di antara berbagai target di langit. “Pameran ini terus-menerus mengurangi jumlah waktu kita tidak lagi melakukan sains,” kata Adler.

HOT 🔥  Unduhan: peringatan AI yang bias, dan terapi CRISPR eksperimental

Hasil yang merusak dari agenda yang padat ini adalah bahwa setiap hari, JWST dapat mengantongi lebih dari 50 gigabyte data rekaman, dibandingkan dengan mencetak satu atau dua gigabyte untuk Hubble. Pedoman, yang berisi gambar dan tanda tangan spektroskopi (pada dasarnya rusak ringan selain faktor-faktornya), diumpankan melalui algoritma yang dijalankan oleh STScI. Diakui sebagai “saluran pipa”, ini mengubah gambar dan angka mentah teleskop menjadi data rekaman yang tak ternilai harganya. Beberapa di antaranya diluncurkan langsung di server publik, instalasinya diambil oleh para ilmuwan yang bersemangat dan bahkan oleh bot Twitter seperti JWST Record Bot. Data catatan lain diserahkan kepada ilmuwan pada program yang memiliki jendela berpemilik, memungkinkan mereka meluangkan waktu untuk menganalisis data catatan pekerjaan mereka lebih cepat daripada diluncurkan ke tumpukan.

Bagaimana James Webb Dwelling Telescope menghancurkan alam semesta - STScI 01G8H3RVPKD2CQHT7VZVZFHFTG image 1
Galaksi Stephan’s Quintet, dalam gambar yang dibuat dengan data rekaman dari dua perangkat inframerah JWST. Galaksi paling kiri tampaknya menjadi bagian dari grup tetapi terletak jauh lebih dekat ke Bumi.

NASA, ESA, CSA, STSCI

Pipeline pada dasarnya adalah potongan kode, dibuat dengan bahasa pemrograman Python yang mewah. Mereka telah lama punah dalam astronomi, tetapi lebih unggul secara kritis pada tahun 2004 setelah para astronom memusnahkan Hubble untuk menggunakan 1 juta detik mengamati bidang langit yang kosong. Pekan raya adalah untuk menunggu galaksi yang jauh di alam semesta yang jauh, tetapi 800 eksposur mungkin akan diambil, jadi perencana Hubble tahu itu mungkin peran yang terlalu menakutkan untuk dihapuskan dengan tangan.

Sebagai gantinya, mereka mengembangkan pipa untuk mengubah eksposur menjadi gambar yang dapat digunakan, informasi teknis yang melelahkan asalkan setiap gambar memerlukan kalibrasi dan penyelarasan tempat. “Tidak ada kemungkinan Anda juga dapat meminta komunitas untuk saat ini menggabungkan 800 eksposur pada pekerjaan mereka,” kata Anton Koekemoer, astronom penelitian di STScI. “Pameran diubah untuk memungkinkan sains dilakukan dengan cara yang lebih cepat.” Gambar luar biasa berkat upaya ini mencetak 10.000 galaksi yang membentang di seluruh alam semesta, yang kemudian disebut Hubble Ultra Deep Field.

Dengan JWST, satu pipa genggam yang dikembangkan oleh STScI mengambil gambar dan rekaman dari semua perangkatnya dan menjadikannya siap untuk sains. Banyak astronom, masing-masing dan setiap amatir dan profesional, kemudian menggunakan jalur pipa pekerjaan mereka yang dikembangkan dalam beberapa bulan dan tahun sebelum pengiriman untuk meninjau catatan lebih lanjut. Itulah mengapa ketika data catatan JWST mulai mengalir ke Bumi, para astronom siap untuk hampir secara langsung menandai apa yang mereka lihat, mengubah apa yang dalam banyak kasus menjadi waktu prognosis berbulan-bulan menjadi jam waktu pemrosesan yang bersinar.

“Kami duduk di sana siap,” kata Brammer. “Yang mengejutkan, pipa itu meluncur. Kami siap untuk beralih.”

Galaksi di setiap set up

Mengorbit beberapa ratus mil di atas permukaan Bumi, Teleskop Rumah Hubble sudah cukup bagi para astronot untuk mencari referensi. Dan selama bertahun-tahun, mereka melakukannya, menjalankan serangkaian misi untuk memperbaiki dan meningkatkan teleskop, dimulai dengan waktu istirahat untuk memperbaiki replikanya yang sangat cacat — sebuah informasi yang ditemukan dengan cepat setelah pengiriman pada tahun 1990. JWST, yang terletak lebih jauh dari bulan, dengan sendirinya.

Lee Feinberg, pengawas komponen teleskop optik JWST di Pusat Penerbangan Rumah Goddard NASA, adalah salah satu dari mereka yang menunggu untuk mengintip apakah teleskop benar-benar akan bersuara. “Kami menghabiskan dua puluh tahun untuk mensimulasikan penyelarasan teleskop,” katanya — yaitu, memastikan bahwa itu mungkin sebenarnya juga tepat mengarah ke target di langit.

Pada bulan Maret, penantian berakhir. JWST telah mencapai pengaturannya sebelum bulan, dan Feinberg dan rekan-rekannya siap untuk mulai mengambil gambar percobaan. Saat dia masuk ke STScI suatu pagi, difusi gambar, gambar percobaan dari judul yang luas, diubah menjadi topeng yang dipasang di layar. Itu berisi kejutan yang luar biasa. “Benar-benar ada banyak sekali galaksi,” kata Feinberg. “Kami bersinar terpesona.” Begitu detailnya diubah menjadi gambar sehingga mencetak galaksi yang membentang jauh ke alam semesta yang jauh, bahkan seandainya itu tidak diambil karena alasan semacam ini. “Setiap orang menjadi tidak percaya betapa efektifnya itu bekerja,” katanya.

Mengikuti lebih banyak rute pengujian dan kalibrasi perangkat untuk mengaktifkan dan menjalankan teleskop, salah satu tugas awal JWST adalah menjadi sadar di WASP-39b dengan Pengaturan Spektrograf Inframerahnya. Instrumen tersebut memungkinkan para ilmuwan untuk memisahkan cahaya dari atmosfer planet. Berbeda dengan menganalisis pengamatan secara manual, di sisi lain, tim tersebut memusnahkan saluran pipa yang dikenal sebagai Eureka!, yang dikembangkan oleh Taylor Bell, seorang astronom di Bay Situation Environmental Evaluate Institute di Ames Evaluate Center NASA di California. “Pameran diubah untuk beralih dari data mentah yang menjadi data rekaman tentang spektrum atmosfer,” kata Bell. Memeriksa data catatan dari exoplanet mewah ini mungkin dalam banyak kasus mungkin membutuhkan kerja berbulan-bulan. Namun dalam beberapa jam setelah pengamatan, tanda karbon dioksida muncul. Sejumlah aspek penting yang sangat berbeda sejak diluncurkan tentang planet ini, bersama dengan prognosis terperinci tentang komposisinya dan keberadaan awan yang tidak merata.

Yang lain memiliki saluran pipa yang sudah mati untuk metode yang lebih jauh dari target yang jauh. Pada bulan Juli, menemukan gambar-gambar awal dari JWST, sebuah tim yang dipimpin oleh Rohan Naidu di MIT menemukan GLASS-z13, galaksi agak jauh yang cahayanya mungkin juga berasal dari cahaya 300 juta tahun setelah Mountainous Bang—lebih awal dari galaksi mana pun yang diketahui. lebih cepat dari. Penemuan itu menimbulkan kehebohan global dalam sejarahnya yang menunjukkan bahwa galaksi mungkin juga hanya terbentuk lebih awal dari yang diperkirakan sebelumnya, mungkin beberapa ratus juta tahun — yang berarti alam semesta kita terbentuk lebih cepat dari yang diyakini sebelumnya.

HOT 🔥  Elon Musk tidak tahu apa yang diperlukan untuk menciptakan kota metropolis digital.

Penemuan Naidu dibuat tampaknya oleh EAZY, pipa yang dikembangkan Brammer menjadi cri secara kasar menganalisis cahaya galaksi dalam gambar JWST. “Ini memperkirakan jarak objek menggunakan pengamatan pencitraan ini,” kata Brammer, yang memposting perangkat lunak di lokasi internet perangkat lunak GitHub untuk digunakan siapa saja.

Jam beruntun

Secara tradisional dalam sains, peneliti akan memposting makalah ilmiah ke jurnal, pengaturannya kemudian ditinjau oleh rekan-rekan di bidangnya dan dalam rampasan dilisensikan untuk buletin atau ditolak. Rute ini bisa memakan waktu berbulan-bulan, bahkan bertahun-tahun, kadang-kadang menunda buletin — tetapi secara konsisten dengan mempertimbangkan keakuratan dan ketelitian ilmiah.

Ada metode untuk melewati rute ini, di sisi pengganti. Sistem yang paling standar adalah memposting versi awal makalah ilmiah di lokasi penyelamatan arXiv sebelum menonton ulasan. Ini menyiratkan bahwa analisis mungkin juga akan diajarkan atau dipublikasikan lebih cepat daripada yang dicetak dalam jurnal. Dalam beberapa kasus, analisis tersebut tidak pernah diserahkan ke jurnal, sebagai pengganti sepenuhnya di arXiv dan disebutkan secara terbuka oleh para ilmuwan di Twitter dan forum yang berbeda.

Posting di arXiv adalah standar ketika ada penemuan terbaru yang ingin segera diposting oleh para ilmuwan, kadang-kadang lebih cepat daripada makalah pesaing keluar. Dalam kasus JWST, seperlima dari program tahun pertamanya diluncurkan untuk akses, yang memungkinkan rekaman tersebut langsung diluncurkan ke publik saat ditransfer ke Bumi. Itu menempatkan tim analisis yang mengusulkan program dalam persaingan cepat dengan orang lain yang melihat catatan yang beredar. Ketika firehose data catatan teleskop diaktifkan pada bulan Juli, banyak peneliti beralih ke arXiv untuk memposting hasil awal — untuk lebih baik atau lebih baik. lebih buruk.

“Jika Anda berurusan dengan sesuatu yang baru dan tidak diketahui ini, hal-hal perlu diperiksa 10 atau 100 kali. Itu tidak lagi berjalan seperti itu.

Emiliano Merlin

“Di sana ada pelarian untuk memposting sesuatu secepat mungkin,” kata Emiliano Merlin, seorang astronom di Big Observatory of Rome yang fokus pada upaya prediksi JWST awal seperti pelarian untuk mencari galaksi di alam semesta yang sangat jauh. setelah Gunung Bang. Penemuan GLASS-z13 dan selusin atau lebih kandidat cerdas yang berbeda yang dicetak lebih cepat dari pengamatan penerapan mungkin juga akan memverifikasi usia cahayanya. “Itu bukan lagi sesuatu yang sangat saya sukai,” kata Merlin. “Jika Anda berurusan dengan sesuatu yang baru dan tidak diketahui ini, hal-hal perlu diperiksa 10 atau 100 kali. Itu tidak lagi berjalan seperti itu.

Satu informasi berubah menjadi gangguan kalibrasi awal dengan teleskop bahkan mungkin akan mengakibatkan kesalahan. Namun sejauh ini berbagai hasil awal telah bertahan untuk dicermati. Pengamatan penemuan telah mengkonfirmasi GLASS-z13 sebagai galaksi awal yang memecahkan dongeng, bahkan seandainya usianya telah sedikit berkurang, menyebabkan penggantian nama galaksi menjadi GLASS-z12. Penemuan galaksi yang benar-benar berbeda yang terbentuk bahkan lebih awal dari GLASS-z12 berarti bahwa pemahaman kita tentang bagaimana struktur muncul di alam semesta mungkin juga tampaknya harus dipikirkan kembali, bahkan mungkin mengisyaratkan hal-hal yang lebih radikal untuk alam semesta awal.

Bagaimana James Webb Dwelling Telescope menghancurkan alam semesta - STScI 01GCVNCDB6X615ASX9MVKBVFV2 image 2
Kamera Digital Pengaturan-Inframerah di atas kapal JWST menangkap snapshot Neptunus ini pada bulan Juli. Para peneliti mengatakan itu adalah sekilas paling jelas dari cincin planet mammoth pada catatan terbang lintas Voyager 2 pada tahun 1989.

NASA, ESA, CSA, STSCI

Bagaimana James Webb Dwelling Telescope menghancurkan alam semesta - JF23 webb telescope alignment 1 edited image 3
Gambar nama lebar ini diambil langsung melalui pengujian penyelarasan optik JWST. Meskipun demikian, hal itu secara tidak sengaja memamerkan kepekaan teleskop, dengan serangkaian galaksi terlihat di latar belakang.

NASA/STSCI

Ernie Wright berhenti di cermin JWST
Segmen replika utama JWST disiapkan untuk pengujian cryogenic pada tahun 2011. Replika lemak, dibuat dari berilium berlapis emas, terdiri dari 18 segmen dan bentang 6,5 meter. Itu dirancang untuk dilipat untuk pengiriman.

NASA/MSFC/DAVID HIGGINBOTHAM

Sementara banyak program JWST secara terbuka mengirimkan data catatan secara langsung, kadang-kadang menyebabkan pelarian panik untuk memposting hasil lebih awal, sekitar 80% dari program tersebut memiliki jangka waktu kepemilikan, memungkinkan para peneliti yang mengerjakannya benar-benar mendapatkan akses ke data catatan mereka selama 365 hari. Hal ini memungkinkan para ilmuwan, terutama kelompok-kelompok kecil yang tidak memiliki sumber daya dari lembaga-lembaga besar, untuk lebih hati-hati mempertimbangkan data catatan pekerjaan mereka lebih cepat daripada merilisnya ke publik.

“Waktu kepemilikan meratakan gumpalan dan gundukan sumber daya,” kata Mark McCaughrean, konsultan senior untuk sains dan eksplorasi di European Dwelling Company dan seorang ilmuwan JWST. “Jika Anda mengambil periode hak milik, Anda menumpuknya dengan mudah di rute kelompok raksasa.”

Banyak ilmuwan berhenti menggunakan alokasi lemak 12 bulan mereka, di sisi lain, kemampuan mana yang paling ingin mereka tambahkan ke aliran konstan penemuan dari JWST. Bersamaan dengan masuknya peluncuran ke pengamatan yang dilakukan, mungkin akan ada lebih banyak hasil kepemilikan yang diluncurkan ke publik. “Sekarang setelah firehose diluncurkan, kami dapat melihat kertas terus-menerus selama 10 tahun ke depan dan sebelumnya,” kata Hammel. Mungkin jauh sebelum itu — Feinberg mengatakan teleskop mungkin juga hanya memiliki bahan bakar lebih dari dua puluh tahun, memungkinkan operasi berlanjut hingga tahun 2040-an.

“Kami sedang meluncurkan jendela yang benar-benar baru di alam semesta,” kata Hammel. “Itu adalah momen yang sangat mendebarkan untuk menjadi bagian dari, bagi kita sebagai spesies.”

Koreksi: Versi sebelumnya dari kronik ini salah menyebut instrumen JWST punah untuk pengamatan awal suasana WASP-39b. Ini dimodifikasi menjadi Spektrograf Inframerah Susunan dan bukan lagi Instrumen Inframerah Tengah.

Versi kronik ini muncul di majalah Januari/Februari 2023.

Cakupan Asli

Baca juga

Abaikan bayi desainer.  Inilah cara CRISPR mengubah sebagian besar kehidupan

Abaikan bayi desainer. Inilah cara CRISPR mengubah sebagian besar kehidupan

Abaikan He Jiankui, ilmuwan bahasa China yang menciptakan bayi yang diedit gennya. Sebagai tambahan, meskipun …

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *