[비즈한국] Di masa kini saat musim semi berlalu dan musim panas tiba, rasi bintang Leo muncul di langit malam. Meski terlihat seperti rasi bintang biasa, mungkin setelah malam ini rasi tersebut akan terlihat sangat berbeda. Hal ini dikarenakan adanya sinyal yang baru-baru ini ditemukan di sana, yang dicurigai sebagai bukti terkuat keberadaan makhluk luar angkasa. Sepengetahuan kita, setidaknya di Bumi, dua komponen telah terdeteksi dengan sangat kuat yang mustahil dijelaskan tanpa adanya aktivitas biologis. Kecuali ada reaksi kimia dengan cara yang sama sekali berbeda yang tidak kita ketahui, ini mungkin berarti ada kemungkinan sangat besar bahwa "skenario" makhluk luar angkasa benar-benar terjadi di sana.
Sayangnya, dalam makalah kali ini pun standar ilmiah "yang tak terbantahkan", yaitu 5-sigma, belum tercapai, namun menurut analisis ini, sinyal tersebut melampaui 3-sigma. Artinya, kemungkinan sinyal ini hanyalah kebetulan atau kesalahan statistik hanyalah 1 banding 1000. Tentu saja, karena belum mencapai 5-sigma, sulit untuk menyimpulkannya secara gegabah, tetapi ini adalah hasil yang cukup menarik. Apa arti sebenarnya dari sinyal yang terdeteksi di sana? Akankah kita benar-benar dapat memastikan keberadaan makhluk luar angkasa yang selama ini kita tunggu-tunggu?
Berkat Teleskop Luar Angkasa Kepler yang meluncur ke luar angkasa pada tahun 2009 dan TESS yang meneruskan misinya, kita kini telah mengidentifikasi lebih dari 10.000 eksoplanet dan kandidatnya. Agar makhluk hidup dapat tinggal di sebuah eksoplanet, pertama-tama dibutuhkan suhu yang tepat, tidak terlalu panas dan tidak terlalu dingin. Untuk itu, planet harus berada pada orbit dengan jarak yang tepat dari bintang pusatnya, yaitu di zona Goldilocks. Dari semua eksoplanet yang diketahui sejauh ini, hanya 1% yang lolos ujian pertama yang sulit ini.
K2-18b, yang baru-baru ini menjadi bahan perdebatan, adalah salah satunya. Planet ini ditemukan di dekat bintang yang berjarak 124 tahun cahaya ke arah rasi bintang Leo. K2 berarti planet ini ditemukan selama misi kedua Kepler. Awalnya, Kepler hanya membidik satu arah tertentu di dekat rasi bintang Cygnus, namun ketika dua dari roda kendali posisinya rusak pada tahun 2013, mereka terpaksa menyusun strategi baru. Akhirnya, para astronom mencoba strategi inovatif menggunakan angin matahari untuk mengunci posisi teleskop, dan dalam prosesnya, Kepler menjalankan misi K2 untuk menjelajahi berbagai arah di luar area Cygnus yang semula diamati. Dalam proses itulah, planet ini ditemukan ke arah rasi bintang Leo.
Bintang K2-18 adalah bintang yang jauh lebih kecil dan kerdil, dengan massa 49,5% dari massa matahari, atau hampir setengahnya. Oleh karena itu, bintang itu sendiri jauh lebih redup dibandingkan Matahari. Ini adalah bintang katai merah yang memancarkan lebih banyak cahaya inframerah yang lebih merah. Kepler memburu planet dengan metode transit, yaitu ketika planet melintas di depan bintang, kecerahan cahaya bintang sedikit meredup secara berkala. K2-18b juga ditemukan dengan metode ini. Periode orbit planet ini adalah sekitar 33 hari, atau sekitar satu bulan. Artinya, jika kita mendefinisikan waktu yang dibutuhkan planet ini untuk mengelilingi bintang pusatnya sebagai 1 tahun di planet tersebut, maka 1 tahun di sana hanya berlangsung 33 hari. Di Bumi, saat kita makan tteokguk (sup kue beras) sekali, di sana mereka mungkin sudah sepuluh kali memakannya.
Sebenarnya, planet K2-18b sudah menjadi kontroversi di kalangan astronom dari aspek yang sedikit berbeda sebelumnya. Massa planet ini sekitar 8,6 kali lipat Bumi, dan diameternya 2,6 kali lipat. Selain itu, kepadatan planet ini lebih ringan dibandingkan planet yang murni terdiri dari batuan. Oleh karena itu, sepertinya planet ini tidak sepenuhnya terdiri dari batuan. Ada tiga model utama yang bisa menjelaskan hal ini. Pertama, kemungkinan planet ini adalah "Mini-Neptunus". Ukurannya sedikit lebih kecil dari Neptunus, tetapi mungkin memiliki inti batuan di pusatnya yang dikelilingi oleh lapisan es yang terkompresi oleh tekanan kuat. Kedua, ada kemungkinan bahwa di sekitar inti batuan terdapat atmosfer tebal yang semuanya dipenuhi hidrogen tanpa es. Terakhir, ada kemungkinan yang sedikit istimewa, yaitu inti batuan yang dikelilingi oleh lautan luas dengan lapisan atmosfer hidrogen tipis di atasnya. Ini bisa dibayangkan seperti mantel yang dipenuhi air. Planet yang terdiri dari atmosfer hidrogen tipis dan lautan seperti ini disebut planet Hycean.
Hingga saat itu, planet Hycean hanyalah satu dari sekian banyak hipotesis dan keberadaannya belum pernah dikonfirmasi. Jika demikian, bagaimana kita bisa mengetahui dunia seperti apa K2-18b itu? Para astronom menyadari bahwa tergantung pada skenarionya, harus ada perbedaan besar dalam komposisi kimia yang terdeteksi di atmosfer planet tersebut. Jika itu adalah dunia yang hanya terdiri dari atmosfer hidrogen tebal tanpa lautan, maka komposisi atmosfernya harus mirip dengan Neptunus. Metana dan amonia akan melimpah, dan karbon monoksida pun bisa terdeteksi dalam jumlah besar. Sebaliknya, jika seluruh planet tertutup lautan, akan ada perbedaan besar. Karena air secara efektif melarutkan komponen kimia semacam ini, komposisi kimia atmosfernya juga akan berubah drastis. Terutama, amonia dan karbon monoksida di atmosfer akan hilang, sementara metana dan karbon dioksida harus terdeteksi dalam jumlah banyak.
Dan pada pengamatan James Webb tahun lalu, sinyal yang persis sesuai dengan model ini terkonfirmasi. Melalui ini, para astronom sampai pada kesimpulan bahwa K2-18b kemungkinan besar adalah planet Hycean legendaris yang seluruh permukaannya tertutup lautan dan dikelilingi oleh atmosfer hidrogen tipis.
Planet yang seluruhnya adalah lautan, tim peneliti melangkah lebih jauh dari sini. Jika demikian, bukankah ekosistem seperti plankton yang hidup di lautan bisa saja ada? Cara paling pasti untuk memastikan apakah ada makhluk hidup di eksoplanet adalah dengan pergi ke sana dan mengambil foto bukti. Namun, ini tidak mungkin karena jaraknya yang terlalu jauh. Yang bisa kita lakukan hanyalah duduk di Bumi dan menganalisis cahaya dari eksoplanet yang terlihat redup dari jauh untuk memastikan apakah ada bukti kehidupan yang tersembunyi di dalamnya.
Metode yang paling umum dicoba oleh para astronom adalah memeriksa komposisi kimia apa yang ada di atmosfer atau langit eksoplanet. Faktanya, selama ini James Webb telah mengonfirmasi keberadaan oksigen, karbon dioksida, dan uap air yang jelas di atmosfer beberapa eksoplanet melalui metode ini. Namun, ini saja tidak cukup. Faktanya, oksigen, karbon dioksida, dan uap air juga merupakan komponen yang cukup umum di ruang angkasa. Meskipun semuanya digunakan sebagai bahan utama untuk aktivitas biologis, kita tidak bisa 100% yakin bahwa ada makhluk hidup hanya karena adanya komponen-komponen ini. Namun, jika kita mengonfirmasi adanya komponen yang mustahil dijelaskan selain dengan aktivitas biologis, ceritanya akan berbeda. Dan para astronom telah mencoba mencari komponen-komponen tersebut di K2-18b.
Tahun lalu, para astronom menganalisis komposisi kimia menggunakan instrumen analisis spektrum inframerah seperti NIRSpec milik James Webb. Instrumen ini mampu melakukan analisis spektrum dalam rentang 0,6 hingga 5,3 μm. Melalui ini, penelitian saat itu mengklaim telah mendeteksi sinyal komponen kimia yang disebut dimetil sulfida (DMS). Ini adalah komponen representatif yang dihasilkan oleh fitoplankton melalui aktivitas biologis. Terdeteksinya komponen utama yang dihasilkan plankton di eksoplanet yang seluruhnya terisi lautan! Jika ini benar, kita bisa berharap bahwa kita telah menemukan plankton luar angkasa.
Namun, signifikansi sinyal ini dalam analisis tahun lalu hanya pada tingkat 2,4-sigma. Artinya, secara statistik ada kemungkinan sekitar 1 banding 60 bahwa itu hanyalah kebetulan. Itu adalah sinyal yang tidak pasti, jauh dari standar 5-sigma. Selain itu, hasilnya sangat bervariasi tergantung pada bagaimana spektrum dianalisis, sehingga masih menyisakan banyak pertanyaan.
Akhirnya, tim peneliti melakukan pengamatan tambahan dengan instrumen lain milik James Webb. Itulah hasil yang diumumkan kali ini. Dalam pengamatan ini, pengamatan dilakukan dalam rentang 6-12 μm dengan instrumen MIRI yang mengamati spektrum inframerah menengah dengan panjang gelombang yang jauh lebih panjang. Hasilnya, kali ini tidak hanya DMS, tetapi juga dimetil disulfida (DMDS) terdeteksi dengan lebih jelas. Kedua molekul tersebut sangat berkaitan erat dengan aktivitas biologis di Bumi. DMS dihasilkan oleh mikroorganisme laut dan plankton. DMDS lebih bervariasi, dibuat oleh berbagai makhluk hidup seperti bakteri, jamur, serta hewan dan tumbuhan. DMDS adalah molekul yang memberikan aroma bawang putih dan juga digunakan sebagai perasa makanan.
Menurut pengamatan tambahan kali ini, signifikansi sinyalnya mencapai tingkat 3-sigma. Memang lebih jelas dibandingkan analisis tahun lalu, namun tetap ada keterbatasannya. Dalam rentang pengamatan James Webb, karakteristik yang ditinggalkan oleh DMS dan DMDS pada spektrum sangat mirip. Oleh karena itu, sulit untuk membedakan secara kuantitatif berapa tepatnya kandungan keduanya.
Yang mengejutkan dari penemuan ini adalah kandungan kedua molekul tersebut ternyata sangat tinggi. Meskipun DMS ada di Bumi melalui aktivitas biologis, DMS sangat tidak stabil sehingga cepat terurai dan menghilang. Oleh karena itu, konsentrasi DMS di atmosfer Bumi tidak terlalu tinggi. Namun, jika kita melihat makalah ini, DMS terdeteksi di atmosfer K2-18b pada tingkat ribuan kali lebih tinggi daripada di Bumi. Mengingat DMS adalah komponen yang sangat reaktif dan cepat menghilang, kita harus berasumsi bahwa ada mekanisme yang terus-menerus mengisi DMS di planet K2-18b tanpa henti.
Namun, untuk mempertahankan tingkat DMS yang ribuan kali lebih tinggi daripada di Bumi, lautan di planet ini harus penuh dengan plankton yang berkembang biak secara eksplosif. Jika ada astronom alien lain di alam semesta yang sangat jauh sedang mengamati Bumi dan planet K2-18b, mungkin di matanya, K2-18b tampak jauh lebih mungkin dan jelas sebagai tempat keberadaan makhluk hidup daripada Bumi kita. Dibandingkan dengan itu, Bumi mungkin tampak seperti tempat tanpa kehidupan karena sinyal yang keluar ribuan kali lebih lemah.
Setelah pengamatan pertama sebelumnya, signifikansi sinyal yang naik hingga 3-sigma melalui pengamatan kedua kali ini sangat menarik. Namun, kita belum bisa yakin 100%. Pada akhirnya, sinyal yang lebih kuat yang melampaui 5-sigma harus dikonfirmasi agar diakui oleh semua orang. Untuk ini, tim peneliti berencana untuk kembali meminjam waktu teleskop James Webb. Mereka harus melakukan pengamatan melalui MIRI di wilayah inframerah menengah setidaknya 1-3 kali lagi, dengan tambahan waktu pengamatan selama lebih dari satu hari.
Tentu saja, tidak sedikit pula pandangan skeptis terhadap penemuan ini. Beberapa astronom merujuk pada hasil bahwa DMS juga terdeteksi di komet atau debu antarbintang. Ini sangat berbeda dari pandangan konvensional bahwa DMS hanya dapat dibuat melalui aktivitas biologis yang kompleks yang membutuhkan mikroorganisme seperti di Bumi. Hal ini karena memang sulit mengharapkan aktivitas biologis di tempat seperti komet atau awan debu.
Namun, menanggapi kritik ini, tim peneliti menyatakan bahwa permukaan komet dan awan debu memiliki lingkungan yang berbeda dengan planet lautan sejak awal, sehingga tidak bisa menjadi pembanding yang adil. Permukaan komet dan awan debu antarbintang adalah lingkungan yang terpapar langsung pada sinar ultraviolet dan radiasi kosmik yang intens, sehingga dapat terpapar cahaya berenergi tinggi yang ekstrem, dan ada kemungkinan reaksi kimia non-biologis yang sama sekali berbeda terjadi dibandingkan di lautan eksoplanet. Sebaliknya, jika itu adalah planet lautan dengan gravitasi yang jauh lebih kuat daripada Bumi dan tertutup atmosfer hidrogen, reaksi kimia ekstrem seperti itu mungkin sulit diharapkan. Tim peneliti berpendapat bahwa lebih masuk akal untuk melihat bahwa DMS diisi oleh aktivitas plankton luar angkasa.
Selain itu, ada pula pihak yang menunjukkan bahwa bintang pusat yang menaungi eksoplanet ini sendiri yang lebih kecil dan kerdil dari Matahari mungkin menjadi masalah. Untuk mendapatkan cahaya bintang yang pas di samping bintang kerdil seperti itu, planet harus berada lebih dekat ke bintangnya. Itulah alasan mengapa periode orbit planet ini hanya 33 hari. Namun, jika ini terjadi, ada kemungkinan tinggi ia terpapar risiko suar (flare) yang meledak dari permukaan bintang karena jaraknya yang terlalu dekat dengan bintang. Terutama bintang bermassa kecil berevolusi dengan lebih liar dan berisik, sehingga lebih berbahaya. Pada akhirnya, satu ledakan suar bisa saja membuat atmosfer planet segera terkikis, sehingga justru sulit bagi kehidupan untuk bertahan. Namun, mengenai hal ini, tim peneliti mengklaim bahwa melalui beberapa pengamatan, telah terbukti bahwa planet ini adalah planet lautan yang tertutup atmosfer hidrogen yang pas, yang bertahan hidup bahkan di lingkungan yang sulit tersebut.
Jika kita melihat hasil sampai saat ini, K2-18b berada di zona Goldilocks dengan jarak yang pas dari bintang pusatnya, dan seluruh planet tampaknya tertutup lautan. Terlebih lagi, kandungan DMS dan DMDS yang sangat tinggi terdeteksi di atmosfernya. Sepengetahuan kita sejauh ini, satu-satunya cara untuk menghasilkan molekul ini adalah melalui aktivitas biologis mikroorganisme. Hal yang menarik adalah tidak terdeteksinya oksigen di eksoplanet ini, yang justru mengisyaratkan bahwa kondisi eksoplanet ini mungkin sangat mirip dengan Bumi miliaran tahun yang lalu. Tidak adanya oksigen bisa berarti fotosintesis belum dimulai di planet ini. Di Bumi pun, jauh sebelum fotosintesis tumbuhan dimulai secara intensif, hampir tidak ada oksigen dan hanya DMS dari mikroorganisme yang dilepaskan. Dengan kata lain, K2-18b mungkin sedang berada dalam tahap paling awal kelahiran kehidupan di mana kehidupan baru saja tumbuh secara eksplosif.
Dan dalam hal inilah penemuan ini menjadi lebih menarik. Seringkali ketika kita berbicara tentang penemuan makhluk luar angkasa, kita mengharapkan ekosistem luar angkasa kompleks yang berevolusi jauh lebih tinggi daripada manusia. Namun, meskipun kita benar-benar menemukan makhluk luar angkasa dalam waktu dekat, kemungkinan ditemukannya makhluk kompleks seperti itu sangat kecil. Sebaliknya, di alam semesta akan ada jauh lebih banyak makhluk hidup yang tetap pada tingkat yang jauh lebih sederhana. Begitu pula dengan Bumi kita.
Di Bumi, dilihat dari jumlahnya, mikroorganisme adalah mayoritas mutlak dibandingkan manusia. Jika seorang ilmuwan alien mendarat di mana saja di Bumi dan mengambil satu sendok material Bumi, di dalamnya hanya akan ada mikroorganisme. Alien mungkin menilai Bumi sebagai dunia yang dikuasai oleh mikroorganisme. Bukankah logika yang sama dapat diterapkan pada alam semesta? Jika kita secara acak mengambil satu sendok material kosmik di mana saja di alam semesta, dan secara kebetulan ada makhluk hidup yang tertangkap di dalamnya, kemungkinan bentuknya adalah bentuk primitif seperti mikroorganisme sangat tinggi. Dengan kata lain, dilihat dari sudut pandang ilmiah yang sangat objektif, penemuan ini terasa seolah-olah mengikuti urutan yang sudah pasti, mengingat kemungkinan besar wujud yang akan kita temui pertama kali adalah wujud yang menyerupai mikroorganisme. Dalam hal itulah penemuan ini membuat kita semakin bersemangat.
Alasan paling penting mengapa selama ini kita terpaksa membiarkan keberadaan makhluk luar angkasa sebagai "akhir yang terbuka" adalah karena standar untuk menilai ada atau tidaknya kehidupan sendiri belum disepakati, atas dasar apa dan kriteria apa. Kita harus menetapkan biosignature yang dapat dilihat sebagai indikator aktivitas biologis terlebih dahulu agar setelah itu kita dapat menganalisis apakah sinyal tersebut benar-benar ada di eksoplanet atau tidak. Dan akhirnya, kita telah sampai pada tahap di mana kita dapat melakukan diskusi yang bermakna tentang apa yang harus didefinisikan sebagai biosignature. Akhirnya, kita memasuki era astrobiologi yang sesungguhnya, di mana kita dapat mendiskusikan kemungkinan keberadaan makhluk luar angkasa dengan data ilmiah, bukan sekadar imajinasi fiksi ilmiah.
Referensi
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adc1c8
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Saat masih kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', dia bermimpi untuk memberitahukan keindahan alam semesta. Saat ini, dia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta melakukan berbagai aktivitas komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Dia telah menulis buku-buku seperti 'Observatorium yang Sedang PDKT', 'Memikirkan Alam Semesta Sepanjang Hari', dan 'Bintang, Sains Cahaya'.