Cara Teleskop Radio Mendeteksi Sinyal dari Ruang Angkasa Dalam

Teleskop radio tidak terlihat seperti teleskop optik, tetapi mereka bekerja berdasarkan prinsip dasar yang sama: mengumpulkan cahaya, memfokuskannya, dan menganalisisnya. Perbedaannya adalah panjang gelombang. Menurut Observatorium Astronomi Radio Nasional AS (NRAO), teleskop radio mengamati panjang gelombang kira-kira antara 1 milimeter dan 10 meter, jauh lebih panjang daripada beberapa ratus nanometer cahaya terlihat, itulah mengapa 'lensa' mereka adalah piring logam bukan kaca.

Mengubah bisikan yang lemah menjadi data yang dapat digunakan

NRAO menggambarkan sinyal radio kosmik sebagai sangat lemah, mencatat bahwa sinyal ponsel tunggal membawa kira-kira satu miliar miliar kali lebih banyak daya daripada gelombang radio kosmik yang lemah yang teleskop ini dirancang untuk mendeteksi. Untuk menangkap sesuatu yang berguna, teleskop radio membutuhkan area pengumpulan besar dan elektronik sensitif.

• Piring parabola, yang bentuk melengkungnya memantulkan gelombang radio yang masuk ke titik fokus tunggal di atasnya
• Tanduk umpan pada fokus itu, corong logam yang berukuran sesuai dengan panjang gelombang yang dipelajari, yang menyalurkan gelombang ke penerima
• Penerima, sering supercooled, yang mendeteksi sinyal dan meneruskannya
• Penguat yang meningkatkan sinyal sebelum direkam untuk analisis

Menghubungkan teleskop bersama-sama: interferometri

Namun, satu piring, bagaimanapun besarnya, tidak dapat mencocokkan detail halus yang dapat dicapai teleskop optik. NRAO menjelaskan bahwa astronom radio mengatasi ini dengan interferometri: menunjukkan beberapa antena ke objek yang sama dan menggunakan superkomputer yang disebut korelator untuk menggabungkan sinyal mereka seolah-olah mereka berasal dari satu teleskop raksasa. Karena sinyal kosmik yang sama tiba di setiap antena pada saat yang sedikit berbeda, perbedaan waktu yang dihasilkan memungkinkan astronom untuk merekonstruksi detail jauh lebih banyak daripada yang dapat ditangkap satu piring. NRAO mencatat bahwa korelator dapat berjalan pada kecepatan femtodetik, melakukan hingga 16 kuadriliun operasi per detik, dan Very Long Baseline Array-nya menyebarkan antena di seluruh benua, disinkronkan oleh jam atom hidrogen maser yang akurat hingga beberapa miliar detik.

Menampilkan lubang hitam dengan teleskop seukuran Bumi

Demonstrasi paling jelas dari teknik ini adalah Event Horizon Telescope (EHT). Menurut NRAO, ini menghubungkan delapan teleskop radio berbasis darat yang tersebar di seluruh dunia, yang diamati bersama selama kampanye 2017 menggunakan interferometri baseline sangat panjang sehingga mereka bertindak sebagai instrumen tunggal kira-kira seukuran Bumi. Setiap teleskop merekam kira-kira 350 terabyte data per hari; rekaman kemudian terbang ke korelator khusus di Max Planck Institute untuk Astronomi Radio dan MIT Haystack Observatory untuk digabungkan.

Target adalah lubang hitam supermasif di pusat galaksi M87. Cakrawala peristiwa-nya mencakup kira-kira 40 miliar kilometer, namun dari Bumi cincin terang yang dihasilkan di sekitar bayang-bayangnya diukur hanya sekitar 40 microarcsecond—skala yang NRAO bandingkan dengan 'mengukur panjang kartu kredit di permukaan Bulan.' Data gabungan menghasilkan gambar pertama bayangan lubang hitam.

Menangkap kilatan sepersepuluh detik dari seluruh alam semesta

Tidak setiap teleskop radio mengandalkan piring sama sekali. CHIME, Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment di Dominion Radio Astrophysical Observatory di British Columbia, menggunakan empat silinder reflektor setengah pipa berbentuk tetap tanpa bagian bergerak, menurut MIT Physics. Alih-alih mengarahkan perangkat keras, korelatornya memproses sekitar 7 terabit data per detik untuk secara digital merekonstruksi sinyal yang tiba dari ribuan arah di langit secara bersamaan.

Desain itu membuat CHIME luar biasa efektif dalam menangkap ledakan radio cepat (FRB), kilatan energi radio milidetik dari ruang angkasa dalam. Pada tahun pertama operasinya, 2018–2019, CHIME mendeteksi 535 FRB baru, hampir menggandakan empat kali ledakan sekitar 140 yang diketahui di seluruh dunia hingga saat itu, MIT Physics melaporkan. Panen itu mencakup 18 sumber yang meledak berulang kali, pola yang menunjukkan FRB berulang dan sekali mungkin timbul dari mekanisme astrofisika yang berbeda.

Piring terbesar di dunia, dan apa selanjutnya

Teleskop Radio Bola Apertur Lima-ratus-meter Cina (FAST), dibangun di lembah alam di provinsi Guizhou, memiliki piring 500 meter yang terbuat dari kira-kira 4.400 panel aluminium yang dapat disesuaikan, memberikan apertur efektif sekitar 300 meter pada waktu tertentu, menurut EarthSky. Ini mengamati panjang gelombang dari 10 sentimeter hingga 4,3 meter dan menampung kira-kira dua kali luas pengumpulan piring Arecibo 305 meter yang disalipnya. FAST menjadi beroperasi penuh pada Januari 2020 dan mulai mengalokasikan sekitar 10% waktu observasinya kepada peneliti internasional pada Agustus 2021.

Sensitivitas itu telah diterjemahkan menjadi panen pulsar rekor—bintang neutron berputar cepat yang menyapu berkas gelombang radio melewati Bumi seperti mercusuar. Hingga Oktober 2025, FAST telah mengidentifikasi 1.152 pulsar, lebih dari total gabungan yang ditemukan oleh teleskop lain di seluruh dunia pada periode yang sama, penyiar negara Cina CGTN melaporkan.

Lompatan berikutnya dalam skala sudah dalam konstruksi. SKA Observatory membangun dua susunan pelengkap, menurut deskripsi proyek mereka sendiri: SKA-Low di Australia Barat, dengan 131.072 antena tersebar di seluruh garis dasar maksimum 74 kilometer, dan SKA-Mid di Afrika Selatan, dengan 197 antena hidung yang menjangkau garis dasar maksimum 150 kilometer. Bersama-sama, dua situs dimaksudkan untuk memungkinkan astronom mempelajari struktur galaksi, lingkungan di sekitar lubang hitam, dan gelombang gravitasi dengan detail yang lebih besar daripada instrumen yang ada.