Redshift adalah salah satu hal krusial dalam dunia astronomi karena pengukuran redshift memungkinkan astronom untuk mengukur jarak dari objek-objek jauh yang ada di alam semesta dan bahkan mempelajari tentang ekspansi alam semesta. Penelitian yang berkaitan dengan pengukuran redshift banyak dilakukan oleh para astronom, tak terkecuali oleh Sulistiyowati, M.Si., seorang alumni sarjana dan magister dari Institut Teknologi Bandung yang saat ini bekerja di Influx Inc dan peneliti di SkyLabs Org. Beliau menyampaikan penelitiannya yang berjudul “Uji Awal Pengukuran Redshift Komponen Ganda pada Spektrum SDSS” pada kolokium yang diadakan oleh Kelompok Keahlian Astronomi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung pada Jumat, 22 April 2022 lalu. Kolokium ini dilakukan secara daring melalui platform Zoom dan ditayangkan juga secara langsung melalui kanal YouTube milik Prodi Astronomi.

Penelitian yang telah dimulai sejak tahun 2019 ini dimotivasi oleh gravitational lensing. Pada gravitational lensing, terdapat dua objek yang terdiri atas sistem sumber dan lensa, yang terdiri dari dua galaksi yang perlu diukur redshift-nya. Berangkat dari motivasi tersebut, ditambah dengan banyaknya survei imaging dan fotometri baru yang dilakukan saat ini dan di masa depan, penelitian ini ditujukan untuk membangun sistem otomasi untuk mengukur redshift komponen-komponen dalam sistem lensa gravitasi. Sedangkan tujuan jangka pendek dari penelitian ini adalah untuk mengukur spectroscopic redshift komponen galaksi dalam spektrum SDSS.

SDSS (The Sloan Digital Sky Survey) merupakan survei imaging dan spectroscopic redshift multi-spektral landas Bumi yang bermarkas di Apache Point Observatory, New Mexico, Amerika Serikat. Survei ini  diklaim dapat menghasilkan peta 3D alam semesta yang paling detail dibanding survei lainnya. Cakupan SDSS kebanyakan mengamati objek-objek yang berada di belahan langit Utara. Pekerjaan ini berfokus hanya pada dua survei yaitu survei Legacy dan BOSS/eBOSS. Informasi vital pada pekerjaan ini terkandung dalam sebuah spektrum SDSS, yaitu  file dalam format .FITS yang selanjutnya diambil informasi spektrum bersih, model terbaik hasil fitting pipeline SDSS, dan nilai spectroscopic-nya.

Saat ini, pengukuran redshift dibagi menjadi dua metode, yaitu dengan whole template matching (mencocokkan ke seluruh titik data template spektrum) dan line matching (mencocokkan titik data spektrum dari pengamatan ke sebuah set profil garis tertentu). Setiap metode memiliki kekurangan. Pada metode whole template matching, perlu dipastikan database template lengkap untuk berbagai jenis objek dan perlu waktu lama untuk proses korelasi silang sehingga metode ini mahal secara komputasi. Sedangkan metode line matching sangat bergantung pada pemodelan garis dan berpotensi kehilangan garis yang sesungguhnya pada kasus S/N rendah. Alih-alih memilih salah satu metode, penelitian ini menggabungkan kedua metode tersebut dengan melakukan sedikit modifikasi.

two main methods

Langkah untuk melakukan metode hybrid ini diawali dengan membangun residu template dan residu data spektrum. Residu template didapat dari selisih antara data spektrum dengan tren utama yang ada pada template spektrum. Sedangkan residu data utama didapat dari selisih antara data mentah spektrum dengan base-fit-nya. Residu yang dihasilkan ini hanya menyisakan fitur-fitur yang belum dicocokkan dengan base-fit SDSS sehingga diharapkan dapat ditemukan komponen sekunder yang lain. Langkah selanjutnya adalah melakukan residual line matching. Pada langkah ini, digunakan profil garis dengan model Gaussian ganda yang terdiri dari galaksi merah dan biru. Hasil dari langkah ini adalah daftar nilai kandidat redshift beserta SNR-nya. Selanjutnya, dilakukan whole residual line matching dengan cara mencocokkan residu template dengan residu data spektrum, kemudian diambil nilai redshift dengan chi-squared terkecil. Sampai tahap ini, diperoleh nilai spektrum yang dicocokkan dengan template garis merah dan spektrum yang dicocokkan dengan template garis biru. Perlu diputuskan salah satu dari kedua nilai spektrum tersebut dengan membuat sistem scoring untuk memilih model terbaik dengan menentukan mana yang memiliki SNR lebih tinggi, memiliki SNR dengan nilai puncak global, dan memiliki chi-squared terbaik. 

residual line matching

Hasil penelitian menunjukkan jika dari 24 target yang diujikan, didapatkan 18 spektrum yang komponennya cocok dengan galaksi merah. Dari objek tersebut, 15 cocok dengan studi pendahulunya, sedangkan 3 yang lain ternyata merupakan galaksi biru dengan redshift di luar rentang panjang gelombang SDSS. Dari uji bebas terhadap lebih dari 150.000 objek (pengukuran terhadap mock), tingkat deteksi hanya kurang dari 5%. Menariknya, banyak yang mengembalikan nilai redshift komponen primernya yang mengindikasikan kuat garis bisa jadi penting.

result

Oleh karena itu, dapat disimpulkan jika sistem yang dibangun dalam pekerjaan ini lebih sensitif dalam mengukur redshift galaksi merah yang berkorelasi dengan garis absorpsi dibanding dengan galaksi biru yang berkorelasi dengan garis emisi. Garis K&H juga cukup baik digunakan sebagai estimator awal dalam mencari kandidat nilai redshift. Sulis menyampaikan jika penelitian ini masih belum sepenuhnya selesai. Terdapat beberapa hal yang menarik untuk ditelaah lebih lanjut, di antaranya perlu dibangun ulang spektrum mock dengan asumsi yang lebih baik, eksplorasi garis emisi lain sebagai estimator awal pada galaksi biru, dan hal yang paling menarik adalah bisa juga menambahkan faktor pelensaan gravitasi untuk menentukan probabilitas pasangan lokasi sumber dan lensa, kemudian memasukkan unsur tersebut ke dalam sistem skor. [Beta Miftahul Falah]