Lewat 'Sidik Jari' Debu Kosmik, Ilmuwan Temukan Cara Timbang Berat Planet yang Tak Terlihat

Sistem PDS 70 nan ditangkap oleh Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).(ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.)

BAGAIMANA langkah menimbang berat sebuah planet nan tidak bisa dilihat dan berada sejauh belasan tahun cahaya? Para astronom sekarang mempunyai jawabannya, ialah dengan metode "membaca di antara cincin" alias mengawasi struktur debu terang di sekitar bintang muda nan terbentuk akibat aktivitas planet bayi (exoplanet).

Secara umum, planet lahir dari debu, gas, dan bagian mini berjulukan planetesimal nan mengelilingi bintang muda. Materi tersebut berputar membentuk piringan protoplanet (protoplanetary disk). Pengamatan terbaru menunjukkan bahwa saat bayi planet mengorbit bintang induknya, mereka bakal mengikis jalur unik pada piringan gas dan debu tersebut.

"Kami telah lama memahami bahwa cincin dapat terbentuk dari debu terkonsentrasi nan menumpuk tepat di luar orbit planet muda nan tertanam, tetapi sejauh ini kami belum dapat menghubungkan fitur cincin ini dengan massa planet," ujar pemimpin tim, Amena Faruqi dari Astronomy and Astrophysics Group di Universitas Warwick, Inggris, dalam sebuah pernyataan resmi. 

"Dengan membaca 'di antara cincin', kami sekarang menemukan langkah untuk merekonstruksi massa planet nan menciptakan cincin tersebut, apalagi ketika planet-planet itu terlalu redup alias terlalu tertanam untuk diamati secara langsung."

"Cincin-cincin terang ini bukan sekadar struktur nan indah, mereka pada dasarnya adalah sidik jari planet," tambahnya.

Menggunakan simulasi komputer, Faruqi dan rekan-rekannya menganalisis gimana massa exoplanet membentuk pola unik pada cincin debu. Mereka menemukan lebar cincin debu dan letak titik paling terang merupakan kunci utama untuk mengukur karakter planet nan tersembunyi. Hubungan ini tetap konsisten tanpa terpengaruh oleh panjang gelombang sinar instrumen foto maupun ukuran butiran debu pada cincin.

Para intelektual menguji teknik baru ini pada sistem planet berjulukan PDS 70 nan berjarak sekitar 370 tahun sinar dari Bumi. Sistem ini telah dipelajari menggunakan teleskop radio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di Cile.

"Salah satu kekuatan dari karya ini adalah tidak berakhir di ranah teori, kami telah bisa mengambil hasil simulasi ini dan menerapkannya langsung pada sistem nyata nan diamati," kata Jessica Speedie dari Massachusetts Institute of Technology (MIT). "Menggunakan sistem PDS 70 sebagai laboratorium pengamatan secara unik memungkinkan verifikasi nyata dari pendekatan tersebut, memberi kami kepercayaan bahwa metode ini betul-betul siap untuk diterapkan secara luas secepat mungkin."

PDS 70 menjadi subjek uji coba nan ideal lantaran mempunyai dua exoplanet, PDS 70 b dan PDS 70 c, nan sudah sukses dicitrakan langsung. Teknik baru ini menghasilkan perkiraan massa PDS 70 c sekitar 7,5 kali massa Jupiter, selaras dengan perkiraan saat ini.

Hasil simulasi juga mengungkap planet nan berukuran besar dapat memerangkap debu di dalam cincin hingga setara 20 kali massa Bumi. Ralph Pudritz dari Departemen Fisika dan Astronomi di Universitas McMaster menyatakan perihal ini menegaskan pengamatan ALMA, sekaligus memicu pertanyaan kenapa planet baru belum terdeteksi di dalam tumpukan debu tersebut. Menurutnya, temuan ini menunjukkan bahwa debu di sana cukup melimpah untuk memulai pembentukan planet baru.

Pada akhirnya, teknik mendeteksi sistem planet bayi ini diharapkan dapat membantu manusia memahami gimana sistem tata surya kita sendiri terbentuk sekitar 4,6 miliar tahun lalu.

Farzana Meru, personil tim dari Departemen Fisika di Universitas Warwick, menyambut antusias momen ini. "Yang paling membikin saya antusias adalah ketepatan waktunya. Dengan ALMA nan menghasilkan gambar piringan nan semakin terperinci, dan akomodasi masa depan nan bakal segera hadir, tidak pernah ada momen nan lebih baik untuk mengembangkan metode ini," ujarnya. "Menggabungkan diagnostik berbasis debu kami dengan pengamatan tekanan gas bakal membuka jendela baru nan kuat untuk memandang planet-planet tersembunyi nan membentuk piringan ini dan beragam sistem planet nan bakal mereka corak selanjutnya."

Penelitian komprehensif ini telah diterbitkan di The Astrophysical Journal. (Space/Z-2)