Raksasa gas misterius di sekitar HD 114082

Raksasa gas misterius di sekitar HD 114082
staf redaksi
/ Siaran pers dari Institut Astronomi Max Planck
astronews.com
30 November 2022

Para astronom telah menemukan sebuah planet raksasa di sekitar bintang mirip matahari HD 114082. Dengan usia hanya 15 juta tahun, superjupiter ini adalah planet ekstrasurya termuda dari jenisnya yang radius dan massanya telah ditentukan. Namun, kedua kuantitas tersebut sulit untuk disesuaikan dengan model pembentukan planet yang diterima secara umum.

Para astronom telah menemukan lebih dari 5.000 exoplanet, sekitar 15 persen di antaranya adalah raksasa gas dengan massa setidaknya sebesar Jupiter. Sekarang sekelompok astronom yang dipimpin oleh Olga Zakozhai dari Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg dan observatorium utama National Academy of Sciences of Ukraine di Kyiv telah menemukan sebuah planet ekstrasurya bernama HD 114082 b yang memiliki sifat bilangan, yang membuat ilmuwan berpikir.

Planet ini seukuran Jupiter, tetapi massanya delapan kali lipat dari Jupiter. “Dibandingkan model yang diterima saat ini, HD 114082 b dua sampai tiga kali lebih padat untuk raksasa gas muda yang baru berusia 15 juta tahun,” kata Zakzai. Kepadatan rata-rata yang dihasilkan dari planet gas ini dua kali lipat dari Bumi – yang sungguh luar biasa. Bagaimanapun, Bumi adalah planet berbatu dengan inti besi dan nikel dan tidak terdiri dari hidrogen dan helium, unsur paling ringan di alam semesta, yang hampir seluruhnya terdiri dari Jupiter.

“HD 114082 b saat ini merupakan planet raksasa gas terkecil yang diketahui dengan massa dan radius yang mapan,” kata Zakzai. Maka dia berjanji akan mengajarkan astronomi secara umum tentang pembentukan gas raksasa. “Kami percaya bahwa planet raksasa dapat terbentuk dengan dua cara,” jelas Ralph Lönnhardt dari MPIA. “Keduanya terjadi dalam piringan gas dan debu protoplanet yang menembus bintang induk muda.” Proses pertama, yang disebut “penambahan inti”, dimulai dengan mengumpulkan inti padat dari material batuan. Begitu mencapai massa kritis, gravitasinya menarik gas di sekitarnya, menyebabkan akumulasi cepat hidrogen dan helium, menciptakan planet raksasa. Dalam proses kedua, yang disebut “ketidakstabilan lempeng”, kumpulan padat gas yang tidak stabil secara gravitasi runtuh sepenuhnya, membentuk planet raksasa tanpa inti berbatu.

Bergantung pada asumsi untuk dua skenario ini, gas mendingin dengan kecepatan berbeda, yang menentukan suhu planet raksasa gas muda. Dengan demikian, planet baru dapat mengalami “awal dingin” atau “awal panas”, yang menyebabkan perbedaan mencolok yang menjadi ciri model ini, terutama pada usia muda.

Saat ini, banyak astronom mendukung skenario akresi inti awal untuk planet raksasa seperti HD 114082 b. Karena gas panas menempati lebih banyak volume daripada gas dingin, perbedaan ukuran yang jelas dari planet-planet yang diamati harus diperhatikan. Perbedaan ukuran ini paling menonjol di planet yang lebih kecil. Namun, selama seratus juta tahun pertama pendinginan pasca pembentukan, efek ini berkurang. Sekilas, HD 114082 b bertentangan dengan ekspektasi. Kombinasi massa dan volume tidak sesuai dengan gambar awal yang panas. Sebaliknya, ini lebih cocok untuk skenario cold boot.

Menariknya, beberapa kandidat yang sedikit lebih tua dari penelitian lain menunjukkan perilaku yang sama. “Masih terlalu dini untuk menyerah pada ide awal yang panas,” jelas Lönnhardt. “Kami hanya dapat mengatakan bahwa kami belum sepenuhnya memahami pembentukan planet raksasa.” HD 114082 b secara signifikan terlalu kecil untuk massanya dibandingkan dengan model saat ini. Entah itu memiliki inti padat yang sangat besar, atau modelnya salah dan meremehkan laju pendinginan raksasa gas, atau keduanya.

Penemuan HD 114082 b adalah hasil dari program observasi ekstensif yang disebut RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets Around Young Stars). Saat ini mencakup 775 jam pengamatan dengan teleskop 2,2 meter ESO/MPG bertenaga MPIA di situs La Silla European Southern Observatory (ESO) di Chili selama 4,5 tahun. RVSPY adalah contoh bagus dari penelitian astronomi throughput tinggi yang dilakukan pada teleskop akses permanen dalam jangka waktu yang lama. Studi semacam itu tidak akan mungkin dilakukan dengan teleskop paling modern, karena waktu pengamatan untuk setiap proyek sangat terbatas karena tingginya permintaan.

Tujuan RVSPY adalah mengungkap jumlah dan distribusi planet raksasa (panas, hangat, dan dingin) di sekitar bintang muda. Untuk melakukan ini, para astronom merekam spektrum deret waktu dari 111 bintang muda, yang berarti mereka memecah cahaya bintang menjadi komponen warna utamanya, serupa dengan yang kita lihat pada pelangi. Pergeseran periodik kecil dalam spektrum bintang dapat mengindikasikan osilasi bintang yang teramati akibat tarikan gravitasi planet yang mengorbit. Secara umum, aktivitas bintang seperti pulsasi atau suar dapat memengaruhi pengukuran, terutama untuk bintang muda seperti HD 114082. Namun, kualitas data RVSPY cukup baik untuk mengidentifikasi sinyal dari bintang goyang dengan jelas. Tim juga mengintegrasikan data arsip lama dari teleskop lain untuk memperluas jangkauan ke masa lalu.

Sementara para astronom menggunakan apa yang disebut metode kecepatan radial untuk menyimpulkan massa dan periode orbit sebuah planet di sekitar bintang induknya, untuk menentukan ukurannya mereka harus beralih ke teknik lain: metode transit. Gerhana bintang secara teratur diamati oleh sebuah planet yang lewat di depan bintang. “Sejak ditemukannya cincin debu di sekitar HD 114082 beberapa tahun lalu, kami menduga orbit planet ini hampir miring,” kata Zakzai. “Namun, kami beruntung menemukan pengamatan dengan kurva cahaya transit yang mengesankan dalam data TESS, yang meningkatkan analisis kami.”

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) adalah pesawat luar angkasa NASA yang mencari exoplanet di sekitar bintang yang relatif dekat dengan Bumi. Menggabungkan pengukuran ini, Zakouzi dan rekannya menemukan bahwa HD 114082 b mengorbit bintang induknya yang mirip Matahari pada jarak sekitar 0,5 AU dalam 110 hari. Satuan astronomi adalah jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Jadi mirip dengan orbit Merkurius mengelilingi matahari kita.

HD 114082 b adalah satu dari hanya tiga planet raksasa muda, berusia hingga 30 juta tahun, yang ukuran dan dimensinya diketahui. Semuanya cenderung bertentangan dengan model mulai cepat yang paling banyak diterima. Bahkan jika para astronom menggunakan statistik angka rendah dengan tiga planet, tidak mungkin semua planet ini adalah outlier. “Meskipun lebih banyak planet seperti itu diperlukan untuk mengonfirmasi tren ini, kami pikir para ahli teori harus mempertimbangkan kembali perhitungan mereka,” kata Zakzai. “Sangat menarik bagaimana pengamatan kami dimasukkan ke dalam teori pembentukan planet. Mereka membantu memajukan pengetahuan kita tentang bagaimana planet raksasa ini terbentuk dan menunjukkan kepada kita di mana celah dalam pemahaman kita berada.”

Tim tersebut melaporkan pengamatan mereka terhadap HD 114082 b dalam artikel ilmiah yang dipublikasikan di jurnal Nature astronomi dan astrofisika Dia muncul.