Memperbaiki kesalahan dalam proyek sains bernilai jutaan dolar biasanya berarti menghabiskan jutaan dolar lagi. Atau menciptakan sesuatu yang baru.
Tidak kali ini.
Para ilmuwan yang bekerja di Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories (LIGO) menemukan solusi untuk mengatasi sakit kepala teknis yang terus-menerus dengan menggunakan sesuatu yang mungkin Anda beli secara online. Kamera pencitraan termal siap pakai.
Kedengarannya terlalu sederhana untuk fasilitas yang dirancang untuk mendeteksi riak di ruang-waktu yang disebabkan oleh tabrakan lubang hitam. Namun hal itulah yang dilakukan oleh tim yang dipimpin oleh Jonathan Richardson dari University of California, Riverside.
Bagaimana pencitraan termal mengoreksi distorsi cermin di LIGO
LIGO mendengarkan peristiwa paling kejam di alam semesta. Ketika dua lubang hitam saling bertabrakan, mereka mengirimkan gelombang kejut melintasi ruang-waktu. Gelombang gravitasi ini melewati Bumi, meregangkan dan menekan ruang itu sendiri dalam jumlah yang sangat kecil.
Di dalam fasilitas kembar LIGO berbentuk L di Washington dan Louisiana, sinar laser merambat melalui terowongan sepanjang 2,5 mil. Mereka memantulkan cermin dengan sangat sempurna sehingga memantulkan 99,9997% cahaya yang mengenainya. Kemurnian cermin ini sungguh mencengangkan. Mereka adalah salah satu komponen optik terbaik yang pernah dibuat.
Namun kesempurnaan ada harganya. Bahkan cermin terbaik pun menyerap sebagian kecil energi laser. Energi itu berubah menjadi panas.
Panasnya membuat permukaan cermin melengkung hanya beberapa nanometer. Ini adalah distorsi mikroskopis, tetapi mengacak sinar laser. Hal ini membatasi seberapa jauh LIGO dapat “melihat”. Atau lebih tepatnya, seberapa jauh ia bisa “mendengar”.
Tim Richardson memasangkan kamera termal komersial dengan model komputer. Mereka membuat peta distorsi panas pada kaca spion. Anggap saja seperti mendiagnosis mesin mobil dengan memindai suhunya. Anda melihat titik panas di luar. Anda menyimpulkan apa yang terjadi di dalam.
Dengan peta ini, fisikawan dapat menerapkan panas yang ditargetkan ke bagian belakang cermin. Ini melawan lengkungan. Sinar laser tetap jelas. Sensitivitasnya meningkat.
“Hal ini tidak memerlukan pengembangan teknologi baru. Hal ini hampir tidak pernah terjadi untuk memecahkan masalah instrumen LIGO.”
Mengapa peningkatan ini memperluas jangkauan LIGO sebesar 33 juta tahun cahaya
Mengapa cermin yang lebih baik itu penting?
Ruang bersifat tiga dimensi. Saat Anda memperluas jangkauan ke satu arah, volume pengamatan Anda bertambah secara eksponensial.
Perbaikan yang dilakukan Richardson meningkatkan jangkauan efektif LIGO sekitar 33 juta tahun cahaya.
Angka tersebut mungkin terlihat kecil jika dibandingkan dengan skala kosmos. Tapi dari segi data? Ini sangat besar. Jendela yang sedikit lebih besar berarti lebih banyak peristiwa yang dapat dideteksi. Para astronom akan menangkap lebih banyak lagi penggabungan lubang hitam. Lebih banyak tabrakan bintang neutron. Alam semesta menjadi lebih keras.
Ini bukan sekadar pekerjaan tambahan untuk peralatan yang sudah ada. Ini adalah cetak biru untuk masa depan.
Teknik ini sudah dimasukkan ke dalam desain Cosmic Explorer. Observatorium generasi berikutnya ini ditargetkan pada pertengahan tahun 2030. Lengannya akan terentang sejauh 25 mil—sepuluh kali lebih panjang dari lengan LIGO.
Jika perbaikan LIGO menambah kedalaman, Cosmic Explorer bertujuan untuk meningkatkan sensitivitas sepuluh kali lipat secara keseluruhan. Musuh utama di sana bukan hanya panas. Itu adalah kebisingan kuantum. Ketidakjelasan mendasar fisika yang membatasi ketepatan pengukuran. Namun mengendalikan distorsi termal adalah langkah pertama.
Apakah teknologi komersial lebih baik untuk instrumen ilmiah yang sensitif?
Ada kenyamanan dalam hal-hal duniawi. Kamera termal standar berharga sedikit dibandingkan dengan anggaran penelitian dan pengembangan. Itu tersedia. Itu terbukti.
Ketergantungan LIGO pada perangkat keras siap pakai membalikkan keadaan elitisme teknologi tinggi. Terkadang alat terbaik bukanlah alat yang dibuat dari awal di laboratorium. Itu yang sudah ada di rak.
Perbaikannya sudah siap. Ini akan menjadi bagian dari siklus peningkatan LIGO berikutnya. Kemudian masuk ke Cosmic Explorer.
Cerminnya masih hangat. Datanya masih masuk. Tapi sekarang kita tahu di mana mencari panasnya. Dan begitu Anda melihat distorsinya, Anda dapat memperbaikinya.
Yang menyisakan satu pertanyaan. Rahasia kosmik apa lagi yang tersembunyi di balik kebisingan termal?
