Sejarah Kemunculan Astronomi Sinar-X

Wilhelm C. Röntgen

Sinar X ditemukan oleh Wilhelm C. Röntgen pada tahun 1895. Pada saat itu, beliau mempelajari fenomena yang berkaitan dengan electrical discharge di dalam gas. Pada awalnya, beliau menerapkan voltase yang tinggi ke elektroda pada discharge tube. Tabung tersebut ditutupi oleh kotak hitam sehingga dapat dipastikan tidak akan ada sinar yang keluar dari tabung tersebut dan terdeteksi oleh layar fluorescent. Namun, beliau mengamati adanya sinar pada layar tersebut.

Beliau dapat membuktikan bahwa discharge tube sebagai sumber energi sinar tersebut dan tidak ada sinar tampak yang keluar dari tabung tersebut. Sinar tersebut dapat menembus kertas, kayu, dan alumunium namun tidak bisa menembus logam berat seperti timbal. Kemudian beliau memegang piringan timbal dan mengarahkan ke sinar tersebut untuk mengamati bayangannya. Röntgen juga melihat bayangan tulangnya pada layar. Beliau meminta istrinya untuk meletakkan tangannya di plat fotografi selama 15 menit dan hasilnya terlihat bayangan tulang tangan istrinya yang berwarna abu-abu serta cincin yang dikenakan yang terlihat berwarna hitam pada plat. Sejak saat itulah sinar yang ditemukan oleh röntgen disebut sinar-X atau orang-orang juga menyebutnya Röntgenstrahlung.

Sinar-X röntgen memiliki energi 30 sampai 50 KeV, hampir sama dengan peralatan medis saat ini. Namun, energi sinar-X di astronomi energinya lebih rendah dan mudah sekali terabsorpsi. Sinar-X dari benda-benda ruang angkasa tidak bisa menembus atmosfer Bumi sehingga astronom tidak bisa melakukan pengamatan sinar-X di Bumi. Oleh karena itu, harus meluncurkan teleskop ke ruang angkasa.

Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik seperti cahaya tampak, keduanya dapat dihasilkan oleh proses yang sama. Karena energi foton sinar-X 1000 kali lebih besar daripada energi foton optik, prosesnya harus lebih energetik untuk menghasilkan sinar-X. Jadi, jika sinar-X dihasilkan dalam proses termal, temperatur harus dalam orde 1000 kali lebih besar. Dengan demikian, pencarian sumber sinar-X adalah pencarian objek pada temperatur jutaan derajat, berbeda dengan bintang-bintang yang dikenal dengan temperatur permukaan ribuan derajat. Sampai tahun 1962, sangat sedikit astronom percaya bahwa Semesta mengandung benda-benda yang mampu menghasilkan jumlah radiasi energi tinggi yang dapat dideteksi dan sedikit yang diharapkan dari pengamatan pertama. Gagasan-gagasan ini berubah secara dramatis pada awal 1960-an dengan penemuan bahwa memang ada banyak sumber sinar-X astronomi yang kuat. Beberapa menghasilkan sinar-X dengan proses yang tidak terbayangkan hingga perlu mempertimbangkan jenis objek baru dan metode baru dalam produksi energi.

Setelah perang dunia II (1946), instrumen pertama yang diluncurkan ke luar atmosfer Bumi adalah V2 rocket. Naval Research Laboratory (NLR) milik U.S. dapat mengetahui bahwa Matahari sumber UV dan sinar-X yang kuat menggunakan V2 rocket. Hasil dari pengamatan tersebut digunakan untuk mengestimasi pengamatan sumber sinar-X yang lebih jauh dari Matahari. Berdasarkan teknologi pada saat itu, jika diasumsikan sinar-X yang dihasilkan setara Matahari namun jaraknya lebih jauh maka membutuhkan instrumen dengan sensitivitas 105 lebih besar. Jika instrumen saat itu yang dipakai maka objek yang dideteksi haruslah menghasilkan luminositas (Energi yang dipancarkan per detik) sinar-X 1011 kali lebih besar dari luminositas sinar-X Matahari.

Para astronom terus mencoba meningkatkan sensitivitas instrumen. Pada akhirnya, ada instrumen yang bisa mendeteksi sumber sinar-X, yaitu instrumen yang diluncurkan oleh AS&E (American Science and Engineering) yang dipimpin oleh Riccardo Gioccani. Tujuan resmi percobaan AS&E adalah untuk mencari sinar-X dari Bulan. Peluncuran pertama pada Oktober 1961 namun, ada bagian dari instrumen yang bermasalah. Peluncuran kedua pada tanggal 18 Juni 1962. Instrumen ini tidak berhasil mendeteksi sinar-X dari Bulan tetapi, mendeteksi sumber sinar-X yang kuat. Objek ini dinamakan Sco X-1 yang terletak di rasi Scorpius. Setelah pertama kalinya ditemukan objek dengan sumber sinar-X kuat, memicu para astronom untuk mencari objek lain dan memahami proses fisisnya. Namun, instrumen (roket dan balon udara) saat itu belum memadai untuk bisa memahami proses fisinya. AS&E menemukan kembali dua sumber sinar-X yang lebih lemah. Salah satu sumber berhasil diketahui lokasinya menggunakan rocket-borne detektor oleh NLR dan berasosiasi dengan Nebula Crab.

Uhuru

Selama ini, tujuan utama instrumen yang mendeteksi sumber sinar-X bukanlah untuk mendeteksi sumber-sumber sinar-X. Akhirnya, pada tahun 1970 diluncurkan instrumen yang ditujukan untuk mencari sumber sinar-X. Instrumen Uhuru diluncurkan pada 12 Desember 1970 di Kenya. Uhuru membawa dua set detektor. Pada masa awal astronomi sinar-X, detektor yang digunakan masih sederhana, yaitu berupa proportional counter. Selain itu, Uhuru menggunakan kolimator bernama Honeycomb Collimator.

Setahun kemudian (1971) Uhuru menemukan dan mengukur variasi peculiar sinar-X dari objek yang dinamakan Cen X-3. Setelah ditemukan objek ini, astronom mulai dapat memahami proses fisis dari sumber-sumber sinar-X yang sudah ditemukan. Awalnya, saat menemukan Sco X-1 masih belum memahami, tetapi ditemukannya Cen X-3 membantu astronom memahami proses yang menghasilkan sinar-X. Cen X-3 merupakan sistem bintang ganda gerhana.

Selanjutnya, mulai meluncurkan instrumen-instrumen dengan karakteristik instrumen yang semakin meningkat, seperti SAS 3 dan Ariel 5. Satelit pertama yang di desain untuk all-sky survey adalah HEAO-1 pada tahun 1979. 10 tahun kemudian, instrumen pertama yang menggunakan imaging telescope dan low background detector adalah ROSAT. Sudah banyak teleskop-teleskop ruang angkasa yang diluncurkan untuk menngamati sumber-sumber sinar-X. instrumen yang masih beroperasi diantaranya Swift/XRT, Nustar, dll.