Bagaimana para astronom menemukan planet ekstrasurya? 5 metode terbaik, dijelaskan

  • Share
Bagaimana para astronom menemukan planet ekstrasurya?  5 metode terbaik, dijelaskan

Pada 21 Maret, NASA mengumumkan konfirmasi planet ke-5000 di luar Tata Surya kita. Dari raksasa gas panas terik yang terletak di dekat bintang induknya hingga dunia berbatu yang mungkin menampung air di permukaannya, ada banyak variasi untuk dipelajari para ilmuwan.

Tetapi menemukan dunia baru yang aneh ini adalah ilmu tersendiri. Kami hanya dapat secara definitif mendeteksi planet dalam bentuk apa pun selama beberapa dekade, dan bahkan pada saat itu, ada tantangan dalam mendeteksi objek sekecil itu pada jarak itu bahkan dengan teleskop paling kuat sekalipun.

Membalik berbicara dengan Marie-Eve Naud, seorang peneliti planet ekstrasurya dan koordinator penjangkauan untuk Institut Penelitian Eksoplanet Universitas Montreal, untuk memberi tahu kami lebih banyak tentang bagaimana para astronom menemukan dunia ini dan pertimbangan untuk setiap metode. Meskipun ada banyak metode, yang dikutip di bawah ini adalah yang paling umum.

Planet dapat menyebabkan mini-gerhana yang mengungkapkan kehadiran mereka kepada pengamat Bumi. NASA

Metode transit

Para astronom telah menemukan sebagian besar exoplanet yang diketahui melalui metode transit, pertama kali ditunjukkan pada tahun 1999 untuk mengkonfirmasi keberadaan planet HD 209458b. Teleskop luar angkasa Kepler NASA, diluncurkan pada 2009, mendeteksi ribuan planet di sepetak langit dekat konstelasi Cygnus. Saat planet-planet melewati muka bintangnya, mereka sedikit mengurangi cahaya bintang. Perubahan tingkat cahaya ini dapat dideteksi oleh instrumen yang disebut fotometer.

Agar metode ini berhasil, para astronom harus mendeteksi perubahan kecil dalam kecerahan bawaan (luminositas) bintang, seringkali kurang dari satu persen. Di luar angkasa, hal itu lebih mudah dilakukan karena kurangnya atmosfer yang mengganggu pengamatan dan merupakan metode yang lebih disukai untuk misi seperti Characterizing Exoplanet Satellite (Cheops) milik Badan Antariksa Eropa dan Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) milik NASA.

Naud memperingatkan bahwa beberapa deteksi diperlukan, yang berarti sebuah planet harus dilihat di beberapa orbit untuk memastikan cahaya yang redup bukan karena bintik matahari atau debu. “Anda biasanya menunggu sampai Anda melihat dua atau tiga transit,” katanya, menekankan bahwa para astronom menginginkan sejumlah besar data dari metode transit sebelum memastikan sebuah planet ada di sana.

Setelah sebuah planet terdeteksi, para astronom dapat memperkirakan radiusnya. Para astronom harus menemukan massa secara terpisah (seringkali melalui metode kecepatan radial, dijelaskan di bawah ini.) Jika para astronom dapat menentukan massa dan jari-jari sebuah planet, mereka dapat menentukan apakah planet itu kemungkinan berbatu atau gas, yang memiliki implikasi signifikan bagi kehidupan.

Jika mereka menemukan planet itu berbatu dan berada di zona bintang induk yang dapat menampung air, misalnya, mereka mungkin menganggapnya layak huni. Namun ada komplikasi, seperti apakah planet itu dekat dengan bintang yang sering meletus, seperti katai merah. Letusan konstan menghujani dunia dalam radiasi dan mengancam mikroba yang muncul. Itulah sebabnya para astronom tidak yakin apakah TRAPPIST-1, misalnya, menampung setiap exoplanet yang dapat dihuni meskipun para astronom telah menemukan tujuh planet seukuran Bumi di sistem ini, dan beberapa berada di zona layak huni.

Beberapa planet tidak terlihat oleh kita dan kita perlu memastikan keberadaannya melalui cara lain, termasuk tarikan gravitasinya. NASA

Metode kecepatan radial

Kecepatan radial adalah cara umum untuk menemukan planet, terutama dengan observatorium seperti instrumen High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) di teleskop La Silla 3.6m milik European Southern Observatory di Chili.

“Kita sering mengatakan bahwa planet mengorbit di sekitar bintang, tetapi pada kenyataannya, kedua objek didasarkan di sekitar pusat massanya,” jelas Naud. “Bintang itu sedikit bergerak, jika memiliki planet. Jika memiliki banyak, itu akan memiliki gerakan yang kompleks. ”

Kuncinya adalah melihat spektrum bintang. Saat bintang bergerak ke arah kita, cahayanya dikompresi, dan spektrumnya berubah menjadi merah. Saat bintang bergerak menjauh, cahayanya diregangkan, dan spektrumnya berubah menjadi biru. Spektrum bintang sedikit dipengaruhi oleh gerakan planet, menjadikannya “semacam kode batang bintang”, Naud menjelaskan.

Deteksi pertama planet di sekitar bintang mirip Matahari dengan metode ini terjadi pada tahun 1995 ketika Didier Queloz dan Michel Mayor mempublikasikan temuan mereka pada 51 Pegasi b. Tapi itu bukan pendeteksian planet yang pertama — dua dilaporkan di sekitar pulsar PSR B1257+12 pada tahun 1992, dengan planet ketiga dikonfirmasi pada tahun 1994. Astronom Aleksander Wolszczan dan Dale Frail mendeteksi planet melalui perubahan intermiten di radio pulsar sinyal, sesuai dengan planet yang mengorbit lewat antara pulsar dan Bumi. Ini menunjukkan kepada Anda berbagai cara ilmiah yang dengannya kita dapat menemukan dunia yang berbeda.

Empat planet telah dicitrakan secara langsung dalam sistem HR 8799 — semuanya lebih masif dari Jupiter. Jason Wang (Caltech)/Christian Marois (NRC Herzberg)

Pencitraan langsung

Pencitraan langsung memungkinkan para ilmuwan untuk menghilangkan cahaya dari bintang untuk melihat exoplanet secara langsung. Anda mungkin berpikir ini adalah metode yang mudah, tetapi ini lebih rumit daripada kedengarannya. Mengingat bahwa planet-planet ini cukup kecil dan memiliki cahaya yang dipantulkan relatif sedikit untuk dilihat oleh teleskop, teknik ini masih sulit dilakukan oleh para astronom dengan teknologi teleskop saat ini. Itu sebabnya para astronom hanya menemukan 60 atau lebih planet dengan teknik ini sejauh ini.

Namun, ada keuntungannya: “Ini satu-satunya metode yang memungkinkan deteksi langsung planet ekstrasurya,” kata Naud. Sementara planet-planet ini adalah titik cahaya untuk saat ini, kita mungkin dapat melihat lebih detail di atmosfernya dan di permukaannya di masa depan yang jauh.

Ada dua metode utama yang digunakan para ilmuwan untuk melakukan pencitraan langsung saat ini. Yang pertama, koronagrafi, menghalangi cahaya dari lapisan terluar bintang (atau korona) menggunakan perangkat di dalam teleskop yang disebut koronagraf untuk membuat gerhana buatan untuk melihat planet.

Misalnya, Gemini Planet Imager Kanada dipasang pada teleskop 8,1 meter di Gemini South Observatory, Cerro Pachon, Chili. Menggunakan koronagraf, ia menemukan “Jupiter muda” pertama yang diketahui, 51 Eri b, pada Agustus 2015. (Naud mengatakan GPI dianggap sebagai pelopor dalam pencitraan langsung.)

Metode kedua adalah naungan bintang, yang menghalangi cahaya dari bintang sebelum bergerak di dalam teleskop. Starshade yang dirancang untuk exoplanet harus menjadi pesawat ruang angkasa yang terpisah dari teleskop untuk memastikan mereka memiliki jarak dan sudut yang tepat untuk memblokir cahaya bintang secara efektif, tidak seperti starshades yang digunakan untuk melindungi dari cahaya bintang kita seperti yang dibangun di Teleskop Luar Angkasa James Webb. Sampai saat ini, naungan bintang belum terbang di luar angkasa.

Hubble telah melihat beberapa exoplanet dengan lensa mikro — dan Teleskop Luar Angkasa James Webb mungkin mendapatkan kesempatan untuk melakukan hal yang sama.NASA

Pelensaan mikro gravitasi

Sementara para astronom telah mendeteksi sebagian kecil planet (130+ pada tulisan ini) dengan teknik yang disebut pelensaan mikro, pengamatan sulit untuk ditindaklanjuti. Masalahnya adalah kita sering melihat dunia ini hanya sekali. Itu karena mereka menggunakan fenomena, pertama kali dijelaskan oleh Einstein, di mana objek latar depan yang besar (seperti bintang atau galaksi) membelokkan cahaya dari objek yang jauh lebih kecil di belakang. Karena keselarasan di langit ini singkat dan tidak dapat diprediksi, ini sering berarti kita tidak dapat memeriksa planet tertentu lagi.

“Ini sedikit membuat frustrasi, karena itu terjadi sekali ketika Anda memiliki keselarasan sempurna dengan objek latar belakang,” kata Naud, memperingatkan bahwa sulit untuk menetapkan pekerjaan untuk studi di masa depan “karena kami baru melihatnya sekali.”

Penjajaran sedikit berubah ketika sebuah planet — yang memiliki gravitasinya sendiri — terlibat. Gravitasi planet menambahkan peristiwa pelensaan tambahan pada cahaya bintang, mencerahkan citra bintang latar, dan memungkinkan para astronom untuk belajar banyak tentang planet itu, termasuk massa dan periode orbitnya meskipun peristiwa itu bersifat sekilas.

Para astronom pertama kali mendeteksi sebuah planet dengan metode ini pada tahun 2003. Deteksi ini menggabungkan kemampuan dari Polish Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) yang meneliti variabilitas bintang, dengan Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) Jepang/Selandia Baru. Peristiwa pelensaan mikro dikenal sebagai 2003-BLG-235 dan kemungkinan merupakan planet yang massanya 1,5 kali Jupiter.

Planet berlensa mikro terjauh yang dikonfirmasi adalah MOA-2011-BLG-291L b, yang terletak 28.700 tahun cahaya jauhnya. Namun, ada bukti tidak langsung untuk planet-planet di luar galaksi kita, tetapi karena peristiwa pelensaan mikro begitu cepat berlalu, mustahil untuk memastikannya.

Astrometri berkaitan dengan perubahan posisi bintang yang disebabkan oleh planet. Badan Antariksa Eropa

Astrometri

Astrometri melacak offset posisi bintang yang dihasilkan oleh planet ekstrasurya yang mengorbit. Karena bintang dan planetnya mengorbit sebuah barycenter, para astronom dapat mendeteksi goyangan bintang yang disebabkan oleh sebuah planet dengan instrumen yang sangat tepat. Teknik ini cukup sulit karena bergantung pada pengamatan yang lebih tepat daripada kecepatan radial dan telah menjadi sumber dari beberapa klaim kontroversial.

Sebuah contoh terkenal dari kesulitan astrometri untuk penemuan planet ekstrasurya datang pada tahun 1963. Astronom Swarthmore College Peter van de Kamp mengumumkan bahwa ia telah menemukan sebuah planet di sekitar Bintang Barnard menggunakan refraktor 24 inci Swarthmore di Observatorium Sproul. Ternyata penyesuaian pada cermin utama teleskop telah menghasilkan sinyal palsu, dan exoplanet tidak ada.

Misi Gaia Badan Antariksa Eropa, yang secara tepat memetakan posisi bintang dari luar angkasa, diperkirakan akan menggunakan astrometri untuk mencari exoplanet. Rilis data berikutnya, yang diantisipasi akhir tahun ini, mungkin termasuk deteksi planet ekstrasurya astrometrik pertama.

NASA Exoplanet Archive hanya mencantumkan satu planet yang ditemukan oleh astrometri: DENIS-P J082303.1-491201b, juga dikenal sebagai VB 10b. Karena planet (atau katai coklat, tergantung pada sumber yang dikonsultasikan) tidak muncul dalam pengamatan kecepatan radial lanjutan, namun, “kebanyakan peneliti menganggapnya sebagai positif palsu lainnya,” menurut Planetary Society. Itu karena para ilmuwan umumnya lebih suka memiliki setidaknya dua deteksi planet untuk mengkonfirmasi keberadaannya.

Masa depan perburuan planet ekstrasurya

Sementara deteksi planet dalam waktu dekat kemungkinan akan menggunakan variasi metode di atas, beberapa ide lebih jauh memungkinkan kita untuk melihat dunia lain dengan lebih detail. Satu ide, misalnya, adalah menggunakan Matahari sebagai lensa gravitasi. Sebuah pesawat ruang angkasa, bagaimanapun, perlu melakukan perjalanan ke 550 jarak Matahari-Bumi untuk menggunakannya secara efektif, yang tujuh atau delapan kali lebih jauh dari pesawat ruang angkasa Voyager dari Bumi.

Di darat, para ilmuwan menantikan cahaya pertama dari Teleskop Sangat Besar, sebuah observatorium Eropa yang diharapkan dapat mengambil gambar langsung dari beberapa planet dan mengkarakterisasi atmosfer mereka dengan lebih baik. Rencananya akan mulai bekerja pada 2027.

  • Share

Leave a Reply

Your email address will not be published.