[비즈한국] Hingga tahun 1990-an, ketika umat manusia menyebut kata "planet", kata tersebut hanya merujuk pada planet-planet di tata surya kita yang mengelilingi Matahari. Meskipun ada imajinasi bahwa mungkin terdapat planet ekstrasurya (eksoplanet) yang mengorbit bintang lain di luar tata surya, hal itu hanyalah sebatas angan-angan karena belum pernah ada bukti nyata keberadaannya. Namun, setelah melewati era 1990-an, data fisik mengenai eksoplanet mulai terdeteksi. Kini, berkat peran aktif berbagai teleskop luar angkasa seperti Teleskop Luar Angkasa Kepler dan TESS, telah terkonfirmasi lebih dari sepuluh ribu eksoplanet dan calon objek angkasa lainnya. Sekarang, kata "planet" tidak lagi hanya berarti planet di tata surya kita, melainkan merujuk pada tak terhitung banyaknya planet di alam semesta yang mengorbit bintang-bintang lain.
Faktanya, tujuan utama umat manusia mencari eksoplanet sudah jelas, yakni mencari tempat di mana kehidupan seperti di Bumi bisa bertahan. Penelitian eksoplanet tentu akan mengarah pada pencarian kehidupan di luar Bumi. Agar memenuhi kondisi yang layak huni bagi kehidupan seperti Bumi, sebuah planet harus berada pada jarak yang tepat dari bintang pusatnya dan memiliki permukaan berbatu yang keras. Jika itu adalah planet awan yang hanya tertutup atmosfer seperti Jupiter, maka tidak akan ada daratan bagi makhluk hidup untuk berpijak.
Lantas, dari sekian banyak eksoplanet yang ditemukan manusia hingga saat ini, berapa banyak yang memenuhi kondisi serupa Bumi? Faktanya, persentasenya cukup kecil. Sebaliknya, saat kita mengalihkan pandangan ke luar tata surya, kita justru menemukan banyak jenis eksoplanet aneh yang bahkan tidak pernah kita bayangkan sebelumnya. Planet-planet ini adalah planet raksasa gas yang ukurannya sebesar Jupiter, namun berada sangat dekat dengan bintang pusatnya. Planet-planet aneh inilah yang diklasifikasikan sebagai planet raksasa gas panas (hot Jupiters).
Planet raksasa gas panas tidak ada di tata surya kita. Semua planet gas raksasa seperti Jupiter yang kita lihat di tata surya hanya tersebar di wilayah terluar yang jauh dari Matahari. Hal ini sangat mudah dipahami. Di tempat yang jauh dari Matahari, material gas tidak tertiup habis sehingga tersisa dan membentuk planet gas yang terdiri dari komponen gas yang relatif ringan. Sebaliknya, di bagian dalam tata surya, terbentuklah planet-planet kecil yang keras seperti Bumi yang terdiri dari batu dan logam yang tahan panas. Prinsip bahwa batu keras terbentuk di dekat bintang dan awan gas ringan terbentuk jauh di luar bintang adalah prinsip yang sangat logis jika hanya melihat tata surya kita.
Namun, setelah mengetahui keberadaan eksoplanet di luar tata surya dan mulai memahami karakteristik detailnya, para astronom menjadi bingung. Hal ini karena pemahaman tentang proses pembentukan sistem planet ternyata tidak berlaku untuk sebagian besar eksoplanet di luar sana. Bagaimana kita memahami planet raksasa gas panas? Bagaimana planet gas yang rapuh itu bisa berada sangat dekat dengan bintang pusat dan menjadi sangat panas? Bukankah tata surya kita sebenarnya merupakan kasus langka di mana ukuran planet disusun dalam urutan yang unik jika dilihat dari skala alam semesta secara keseluruhan?
Sudah lama para astronom berpendapat bahwa planet raksasa gas panas tidak mungkin ada dalam bentuk seperti sekarang sejak awal. Hal ini dikarenakan sulit bagi planet yang hanya terdiri dari gas ringan untuk terbentuk secara stabil dalam waktu lama di orbit yang sangat pendek, kurang dari 100 hari, yang mengelilingi bintang dengan jarak sangat dekat. Sebaliknya, mereka menduga bahwa planet gas tersebut awalnya lahir di bagian luar sistem bintang yang jauh, kemudian karena suatu alasan, orbitnya terdistorsi sehingga perlahan-lahan hanyut menuju pusat sistem bintang. Bisa dikatakan ini adalah fenomena migrasi versi planet. Baru-baru ini, para astronom menemukan bukti observasi yang sangat mengejutkan yang membuktikan skenario asal-usul planet raksasa gas panas ini!
Pada tahun 2020, dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa TESS, para astronom menemukan satu eksoplanet di sekitar bintang TIC 241249530 yang berjarak sekitar 1.100 tahun cahaya. Mereka menggunakan metode transit, di mana kecerahan bintang pusat sedikit meredup saat eksoplanet melintas di depannya secara berkala. Setelah itu, para astronom menggunakan metode lain untuk mengetahui massa eksoplanet tersebut. Saat planet mengorbit bintang, keduanya saling memberikan gravitasi satu sama lain, yang dapat menyebabkan posisi bintang pusat bergetar secara mikroskopis. Dengan mengukur pergerakan itu, massa planet yang "mengganggu" bintang di sekitarnya dapat ditentukan. Hasil observasi menunjukkan bahwa planet TIC 241249530b adalah planet gas yang sangat masif, dengan massa sekitar 4,98 kali massa Jupiter, setara dengan gabungan lima planet Jupiter.
Eksoplanet ini mengorbit bintang pusatnya dalam periode yang singkat, yakni hanya sekitar 165 hari. Tahun di planet ini adalah setengah dari tahun Bumi. Namun, yang lebih mengejutkan adalah fakta bahwa orbit planet ini berbentuk elips yang sangat lonjong. Setelah terus mengamati pergerakan planet, para astronom mengonfirmasi bahwa tingkat kelonjongan (eksentrisitas) orbit elipsnya mencapai 0,94. Eksentrisitas yang hampir 1 berarti orbit tersebut sangat lonjong hingga hampir menyerupai garis lurus.
Jika planet ini mengorbit Matahari kita, pada saat mendekati Matahari, ia akan berada 10 kali lebih dekat daripada Merkurius, dan pada titik terjauhnya, ia akan mencapai jarak orbit Bumi. Eksoplanet ini memiliki orbit elips yang paling lonjong di antara planet-planet yang pernah ditemukan sejauh ini. Orbitnya hampir menyerupai komet daripada planet. Selain itu, planet ini melakukan orbit mundur (retrograde), yaitu mengorbit ke arah yang berlawanan dengan rotasi bintang pusatnya.
Pergerakan unik ini terjadi karena bintang pusatnya merupakan sistem bintang biner (dua bintang yang saling berpasangan). Dalam penelitian ini, para astronom melakukan simulasi untuk merekonstruksi proses evolusi dinamika planet ini yang memiliki orbit unik tersebut. Mereka juga memprediksi bagaimana orbit planet ini akan berubah dalam satu miliar tahun ke depan.
Awalnya, planet ini mungkin juga merupakan planet gas biasa yang terbentuk pada jarak yang cukup jauh dari satu bintang. Namun, karena interaksi gravitasi dengan bintang lain di dekatnya, orbitnya menjadi sangat lonjong. Itulah sebabnya ia memiliki eksentrisitas yang ekstrem seperti sekarang. Menurut simulasi, pada akhirnya orbit planet ini akan mengecil seiring pergerakannya yang semakin mendekati bintang pusat yang diorbitnya saat ini. Kemudian, ia akan membentuk orbit melingkar kecil yang menempel ketat di dekat bintang. Inilah yang akan menghasilkan bentuk orbit yang hari ini kita sebut sebagai planet raksasa gas panas.
Jika ia menempuh orbit yang sangat lonjong seperti ini, atmosfer eksoplanet ini akan sangat tidak stabil. Tingkat energi cahaya bintang yang mencapai permukaan planet bisa sangat berbeda antara saat mendekati bintang dan saat menjauh dari bintang. Sederhananya, suhu planet bisa naik turun antara 1.200 derajat saat paling panas dan 200 derajat saat paling dingin dalam satu tahun. Sebelumnya, eksoplanet dengan orbit elips paling lonjong yang ditemukan manusia adalah HD 80606 b. Eksentrisitas orbit planet itu juga sekitar 0,93, yang hampir mendekati 1. Namun, rekor tersebut kini telah terpecahkan. Kedua planet ini diperkirakan memiliki sistem sirkulasi atmosfer dan perubahan musim yang sangat ekstrem akibat orbitnya yang ekstrem.
Dengan ditemukannya eksoplanet-eksoplanet ber-eksentrisitas ekstrem secara bertahap, diharapkan dapat memberikan petunjuk mengenai asal-usul planet raksasa gas panas yang selama ini membingungkan kita. Planet raksasa gas panas pun mungkin tidak lahir dengan bentuk yang aneh sejak awal. Namun, karena terus-menerus mengalami gangguan gravitasi oleh bintang lain atau planet masif di sekitarnya, orbitnya terdistorsi dan perlahan-lahan mendekat ke bintang pusat hingga akhirnya membentuk orbit yang ekstrem seperti sekarang. Planet-planet dengan orbit elips yang sangat lonjong menunjukkan proses perubahan dari planet tipe Jupiter dingin menjadi planet tipe Jupiter panas.
Karena kita belum memeriksa semua eksoplanet di sekitar bintang di luar tata surya, kita belum bisa memastikan apakah tata surya kita benar-benar kasus yang langka atau apakah "saudara" yang mirip dengan kita sebenarnya banyak bertebaran. Namun, satu hal yang pasti adalah bahwa lingkungan dan wujud planet di alam semesta jauh lebih beragam daripada yang kita bayangkan. Pasti ada eksoplanet dengan bentuk yang bahkan tidak pernah kita bayangkan, bersembunyi di suatu tempat di alam semesta.
Referensi
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07688-3
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Saat masih kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Terdekat Universitas Yonsei, serta melakukan berbagai aktivitas komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku-buku seperti 'Observatorium yang Sedang PDKT', 'Berpikir tentang Alam Semesta Sepanjang Hari', dan 'Bintang, Sains Cahaya'.