alwepo.com, Para Ilmuwan Telah Menemukan Dunia Air Pertama – Dua planet yang awalnya ditemukan oleh misi Kepler mungkin bukan apa yang kita pikirkan. Berdasarkan karakterisasi awal, dianggap bahwa planet-planet ini adalah tubuh berbatu sedikit lebih besar dari Bumi. Namun, pengamatan yang terus-menerus telah menghasilkan data yang menunjukkan bahwa planet-planet tersebut jauh lebih tidak padat daripada yang kita duga sebelumnya. Dan satu-satunya cara realistis untuk mendapatkan jenis densitas yang sekarang tampaknya mereka miliki adalah dengan sebagian besar volume mereka diisi oleh air atau cairan yang serupa.
Kita memiliki tubuh seperti ini di Tata Surya kita – terutama bulan Europa, yang memiliki inti berbatu yang dikelilingi oleh cangkang air yang ditutupi es. Namun, planet-planet baru ini jauh lebih dekat dengan bintang penghost mereka, yang berarti permukaan mereka mungkin merupakan batas yang buram antara lautan yang luas dan atmosfer yang dipenuhi uap.
Mari kita kembali ke itu
Ada dua metode utama untuk menemukan exoplanet. Salah satunya adalah dengan mengamati dip dalam cahaya dari bintang mereka, disebabkan oleh planet dengan orbit yang mengambil mereka antara bintang dan Bumi. Yang kedua adalah dengan melacak apakah cahaya bintang secara periodik bergeser ke panjang gelombang yang lebih merah atau biru, disebabkan oleh bintang bergerak karena tarikan gravitasi planet yang mengorbit.
Salah satu dari metode tersebut dapat memberitahu kita apakah ada planet atau tidak. Namun, memiliki keduanya memberikan kita banyak informasi tentang planet tersebut. Jumlah cahaya yang diblokir oleh planet dapat memberikan perkiraan ukurannya. Jumlah pergeseran merah dan biru pada cahaya bintang dapat menunjukkan massa planet tersebut. Dengan keduanya, kita dapat mengetahui densitasnya. Dan densitas membatasi jenis material yang dapat terdiri dari – densitas rendah berarti kaya gas, densitas tinggi berarti berbatu dengan inti yang kaya akan logam.
Itulah yang dapat kita lakukan di sistem Kepler-138. Data dari kedua metode tersebut menunjukkan bahwa sistem tersebut berisi tiga planet. Kepler-138b tampaknya adalah tubuh berbatu kecil seukuran Mars. Kepler-138c dan Kepler-138d keduanya masuk dalam kategori super-Bumi: planet berbatu yang sedikit lebih besar dari Bumi dan jauh lebih berat. Semuanya mengorbit sangat dekat dengan Kepler-138a, sebuah bintang kerdil merah, dengan yang paling jauh (Kepler-138d) mengorbit pada 0,15 unit astronomi (AU adalah jarak biasa antara Bumi dan Matahari).
Secara keseluruhan, tidak ada yang aneh tentang sistem ini yang akan memerlukan pemeriksaan ulang. Namun, para peneliti berpikir bahwa itu merupakan kandidat yang baik untuk studi atmosfir planet. Meskipun planet tersebut akan memblokir seluruh cahaya saat transit di depan bintang penghostnya, sedikit cahaya akan melewati atmosfer menuju Bumi. Dan molekul-molekul di atmosfer tersebut akan menyerap beberapa panjang gelombang tertentu, sehingga kita dapat mengenali keberadaannya.
Untuk melakukan studi tersebut, sekelompok peneliti mendapatkan data dari teleskop ruang angkasa Hubble dan Spitzer, yang ditimbang saat Kepler-138d transit di depan bintang. Dan saat itulah hal-hal mulai aneh.
Revisi demi revisi
Dengan tiga planet yang dipaket ke dalam area kecil dekat bintang kerdil merah, mereka cukup dekat satu sama lain sehingga dapat mempengaruhi orbit mereka. Ini menciptakan yang disebut “variasi waktu transit,” yang berarti bahwa sebuah planet tidak muncul di depan bintang penghostnya tepat pada saat orbitnya biasanya mengambilnya ke sana. Sebagai contoh, salah satu planet mungkin berada di posisi di mana tarikan gravitasinya akan melambatkan yang lain, sehingga transitnya akan dimulai sedikit lebih lambat dari perkiraan yang mungkin lainnya.
Ini juga dapat memberikan batasan untuk perkiraan massa planet, sehingga pengukuran yang tepat dari variasi waktu transit sangat penting. Dan karena observasi Hubble dan Spitzer datang cukup lama setelah data Kepler, ini berarti kita dapat menghitung variasi selama rentang tujuh tahun.
Namun ternyata, kita tidak bisa. Jika Anda mengestimasi massa berdasarkan pengukuran Kepler dan kemudian mencoba menggunakannya untuk memprediksi transisi pada pengukuran kemudian, Anda akan gagal. Sebenarnya, semuanya berantakan. “Tidak ada model tiga planet yang dapat secara bersamaan menghasilkan waktu transit Kepler, HST, dan Spitzer dari Kepler-138 d,” kata para peneliti.
Itu mungkin terlihat canggung. Namun, jika model tiga planet gagal, para peneliti memiliki cadangan yang jelas: mencoba model empat planet. Dan itu berhasil menjelaskan data. Ini juga memberikan estimasi lokasi dan massa planet keempat: sekitar setengah ukuran Bumi, berorbit sekitar 0,2 unit astronomi dari bintang. Planet, Kepler-138e, tampaknya tidak melintasi di depan bintang penghost, sehingga keberadaannya belum dikonfirmasi.
Asumsikan itu benar, namun, keberadaan Kepler-138e memiliki konsekuensi. Ini juga akan mengeluarkan tarikan gravitasi pada bintang, yang akan memberikan kontribusi pada semua pergeseran merah dan biru dari cahaya bintang yang digunakan untuk menentukan massa planet lainnya. Jadi semua estimasi massa berdasarkan data sebelumnya harus sepenuhnya diperbarui dalam menghadapi keberadaan planet lain. Dan hal-hal terus menjadi aneh setelah itu.
Air, air, di mana-mana
Kedua planet yang lebih besar, Kepler-138c dan Kepler-138d, awalnya dianggap sangat berbeda: keduanya berbatu tapi dengan inti logam yang berbeda besar. Dengan pengukuran yang diperbarui, namun, mereka hampir sama. Dan mereka jauh lebih sedikit padat daripada estimasi sebelumnya.
Salah satu cara agar ini terjadi adalah jika mereka memiliki atmosfer hidrogen yang besar. Namun, planet terlalu dekat dengan bintang penghost sehingga ini bukan opsi yang layak; radiasi dari bintang cukup intens sehingga atmosfer akan terpisah dalam 50 juta tahun, dan sistem diperkirakan lebih dari satu miliar tahun.
Alternatif lain adalah planet yang kaya dengan yang disebut volatil, seperti air atau amonia yang dapat ditemukan sebagai gas, es, dan cairan di bawah kondisi yang ditemukan di bagian-bagian yang berbeda dari Sistem Tata Surya. Meskipun banyak zat yang mungkin menjelaskan kepadatan planet, para peneliti berpikir dalam hal air karena ada beberapa planet yang kaya air di Sistem Tata Surya kita, terutama bulan Jupiter, Europa.
Pencocokan densitas dari kedua planet menghasilkan model yang memiliki sekitar 10 persen massa planet terdiri dari air. Ini berarti sekitar setengah volume planet terdiri dari air. Meskipun sebagian dari air tersebut mungkin diincorporasikan ke dalam inti batuan, ini mungkin berarti samudera di seluruh planet yang berkedalaman kilometer. Dan, tidak seperti bulan-bulan yang penuh es, planet ini cukup dekat sehingga sebagian besar airnya akan menjadi cair, dan atmosfer akan dipenuhi uap air. Karena massa planet tersebut, tekanan atmosfer akan sangat besar dan dapat menciptakan lapisan air superkritis antara atmosfer dan samudera.
Bulan-bulan yang penuh air di Sistem Solar luar mudah dijelaskan, karena mereka terbentuk di daerah di mana air akan ada sebagai es, dan dengan demikian dapat terkondensasi ke tubuh-tubuh kecil yang bergabung untuk membentuk bulan-bulan tersebut. Namun, planet-planet ini mengorbit di daerah di mana air ada sebagai cair atau, lebih mungkin, tetap menjadi gas. Bagaimana mereka bisa terbentuk?
Para peneliti menyarankan bahwa periode orbital planet-planet tersebut memberikan petunjuk. Mereka berada dalam resonansi, yang berarti bahwa rasio periode orbital mereka dapat dinyatakan dalam rasio dua angka tunggal (misalnya, 5:3). Orbit resonansi dianggap stabil, karena interaksi gravitasi yang teratur di antara planet-planet tersebut mencegah mereka terkalahkan. Oleh karena itu, para peneliti menyarankan bahwa planet-planet tersebut kemungkinan terbentuk di daerah sistem eksosolar mereka di mana es dominan, kemudian berpindah ke arah bintang hingga resonansi menstabilkan orbit mereka dan menghentikan migrasi.
Jelas, mengingat bahwa kita belum mengonfirmasi bahwa planet keempat ada, masih ada banyak hal yang harus diverifikasi sebelum kita bisa merasa nyaman mengatakan bahwa kita benar-benar telah menemukan dunia air. Namun bahkan dalam keadaan sementaranya saat ini, hasil-hasil menunjukkan bahwa masih banyak potensi untuk penemuan baru di tempat-tempat di mana data tampaknya mengarah pada rangkaian planet yang cukup umum. Mengingat bahwa Kepler mengidentifikasi ribuan sistem eksosolar seperti itu, tampaknya ada potensi yang luar biasa untuk mengunjungi kembali data dan mencari kejutan.
