Raksasa gas misterius di sekitar HD 114082

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

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

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 Main Astronomical Observatory dari National Academy of Sciences of Ukraine di Kyiv telah menemukan sebuah planet ekstrasurya bernama HD 114082 b, yang memamerkan sejumlah karakteristik yang membuat para ilmuwan berpikir.

Planet ini seukuran Jupiter, tetapi massanya delapan kali lipat dari Jupiter. “Dibandingkan dengan 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 untuk 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 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 tentang pembentukan gas raksasa pada umumnya. “Kami pikir planet raksasa dapat terbentuk dengan dua cara,” jelas Ralph Lönnhardt dari MPIA. “Keduanya terjadi di dalam piringan gas dan debu protoplanet yang menyebar di sekitar bintang induk muda.” Dalam proses pertama, yang disebut “pertambahan inti,” inti padat dari material batuan terakumulasi terlebih dahulu. Begitu mencapai massa kritis, gravitasinya menarik gas di sekitarnya, menyebabkan akumulasi cepat hidrogen dan helium, menciptakan planet raksasa. Dalam proses kedua, yang disebut “ketidakstabilan piringan”, kumpulan gas padat yang tidak stabil secara gravitasi runtuh seluruhnya, membentuk planet raksasa tanpa inti berbatu.

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

Saat ini, banyak astronom mendukung skenario awal akresi inti untuk planet raksasa seperti HD 114082 b. Karena gas panas menempati lebih banyak volume daripada gas dingin, orang harus mencatat perbedaan mencolok dalam ukuran planet yang diamati. Perbedaan ukuran ini paling menonjol di planet yang lebih kecil. Namun, selama ratusan juta tahun pertama pendinginan pasca pembentukan, efek ini berkurang. Sekilas, HD 114082 b bertentangan dengan harapan. Kombinasi massa dan volume tidak sesuai dengan gambaran hot-start. Sebaliknya, itu lebih sesuai dengan skenario awal yang dingin.

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. “Yang bisa kami katakan adalah kami belum sepenuhnya memahami pembentukan planet raksasa.” HD 114082 b jelas terlalu kecil untuk massanya dibandingkan dengan model saat ini. Entah itu memiliki inti padat yang luar biasa besar, atau modelnya salah dan meremehkan kecepatan pendinginan raksasa gas ini, atau keduanya.

Penemuan HD 114082 b merupakan hasil dari program pengamatan komprehensif yang disebut RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets Around Young Stars). Saat ini terdiri dari 775 jam pengamatan menggunakan teleskop 2,2 meter ESO/MPG bertenaga MPIA di situs La Silla European Southern Observatory (ESO) di Chili yang mencakup periode 4,5 tahun. RVSPY adalah contoh bagus penelitian astronomi throughput tinggi yang dilakukan pada teleskop dengan 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 tujuan ini, para astronom telah merekam rangkaian waktu spektrum dari 111 bintang muda, yaitu, mereka memecah cahaya bintang menjadi komponen warna dasarnya, mirip dengan yang kita lihat di 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 tersebut juga memasukkan 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, mereka harus beralih ke teknik lain untuk menentukan ukurannya: metode transit. Gerhana bintang secara berkala diamati oleh sebuah planet yang lewat di depan bintang tersebut. “Kami sudah menduga bahwa orbit planet terbentuk hampir miring, sejak ditemukannya cincin debu di sekitar HD 114082 beberapa tahun lalu,” kata Zakzai. “Namun, kami beruntung menemukan pengamatan dalam data TESS dengan kurva cahaya transit yang mengesankan 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 dalam 110 hari pada jarak sekitar 0,5 AU. Satuan astronomi adalah jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Jadi, ini 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 ukurannya diketahui. Semuanya cenderung bertentangan dengan model quick start paling populer yang diterima. Meskipun para astronom menggunakan statistik angka rendah dengan tiga planet, tidak mungkin semua planet ini adalah outlier. “Sementara lebih banyak planet seperti itu diperlukan untuk mengkonfirmasi tren ini, kami pikir para ahli teori harus mempertimbangkan kembali perhitungan mereka,” kata Zakzai. “Sungguh menarik bagaimana hasil pengamatan kami dimasukkan ke dalam teori pembentukan planet. Mereka membantu meningkatkan pengetahuan kita tentang bagaimana planet raksasa ini terbentuk dan menunjukkan kepada kita di mana letak celah dalam pemahaman kita.”

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