Data terbaru dari James Webb Space Telescope (JWST) menunjukkan bahwa sebuah planet yang mengorbit bintang kecil berwarna merah yang berjarak 35 tahun cahaya mungkin memiliki atmosfer tebal belerang, yang dipicu oleh letusan gunung berapi yang terus-menerus. Astronom lain mengatakan masih terlalu dini untuk mengatakannya.
Data dan perdebatan yang ada menjelaskan betapa sulitnya memahami atmosfer planet ekstrasurya yang jauh. Banerjee dan rekannya menerbitkan karya mereka di Surat Jurnal Astrofisika.
Exoplanet L98-59d mungkin terlihat sangat mirip dengan bulan Jupiter Io, tetapi terbungkus dalam atmosfer sulfur yang lebih tebal yang bercampur dengan oksigen dan hidrogen.
Arsip Sejarah Universal/Grup Gambar Universal/Getty Images
Pemandangan Neraka Vulkanik Dengan Suasana Beracun
Banerjee dan rekannya menggunakan Near InfraRed Spectrometer (NIRSpec) JWST untuk mengukur spektrum cahaya dari planet L98-59d saat melintas di depan bintangnya, yang tampaknya mengungkap atmosfer yang sebagian besar terdiri dari sulfur dioksida dan sejumlah hidrogen sulfida. Bagi sebuah planet kecil yang mengorbit terlalu dekat dengan bintangnya sehingga tidak bisa ada kehidupan, hal ini merupakan suatu kejutan; Pengamatan terhadap planet-planet pada jarak yang sama di sekitar bintang serupa, seperti TRAPPIST-1, sejauh ini sebagian besar menghasilkan batuan gundul. Namun Banerjee dan rekannya berpendapat bahwa jika planet ini merupakan lanskap vulkanik seperti Io, maka gunung berapi tersebut dapat mengeluarkan cukup banyak asap belerang untuk menjaga planet ini tetap berada dalam atmosfer yang tebal dan berbahaya meskipun bintang di dekatnya terus-menerus dibombardir dengan radiasi dan plasma.
Di Tata Surya kita, bulan Jupiter Io memiliki ratusan gunung berapi yang terus-menerus memuntahkan api dan gas ke ruang hampa di sekitar bulan. Api bagian dalam yang memicu keadaan kiamat yang terus-menerus ini berasal dari gaya pasang surut yang cukup kuat untuk menarik batu yang membentuk Io, menjaga bagian dalamnya tetap panas, cair, dan tidak stabil. Dan gaya pasang surut tersebut adalah hasil dari keselarasan aneh, yang disebut resonansi orbital, antara Io dan bulan-bulan saudaranya: Setiap kali Io membuat dua orbit mengelilingi Jupiter, ia sejajar dengan Europa; setiap orbit keempat, Io sejajar dengan Europa dan Ganymede.
Kekuatan serupa mungkin bergejolak jauh di dalam L98-59d, yang berada dalam resonansi orbital serupa dengan dua planet terdalam dalam sistem bintangnya.
“Karena L 98-59 d juga mungkin mengalami pemanasan pasang surut dan pemanasan pasang surut dapat menyebabkan gunung berapi, yang kemudian dapat menyebabkan SO2, kita dapat menarik perbandingan antara kedua benda tersebut,” kata Banerjee. “Suasana di L 98-59 d, jika memang sesuai dengan data yang ada saat ini, akan jauh lebih tebal dan berat dibandingkan di Io.
Menurut Banerjee dan rekannya, hal ini dapat mendorong aktivitas vulkanisme yang cukup untuk menyelimuti planet ini dengan sulfur dioksida dan hidrogen sulfida.
Namun ilmuwan planet lain tidak begitu yakin, dan hal ini menggarisbawahi betapa sulitnya memahami apa yang kita lihat ketika kita melihat atmosfer sebuah planet ekstrasurya dari jarak 35 tahun cahaya, bahkan dengan teleskop yang kuat dan sensitif seperti JWST.
Ilustrasi ini, yang dibuat sebelum peluncuran JWST, menunjukkan teleskop di luar angkasa.
ESA
Pencitraan atmosfer planet ekstrasurya mungkin dilakukan, namun tetap tidak mudah
“Era deteksi dan karakterisasi atmosfer di sekitar planet ekstrasurya berbatu kini telah tiba,” tulis Banerjee dan rekannya dalam makalah terbaru mereka. Dan hal ini benar, namun hal ini tidak selalu semudah yang diharapkan para astronom.
Banerjee menggambarkan data tersebut sebagai “sangat berisik dan tentatif,” dan dalam makalah mereka, Banerjee dan rekannya mencatat bahwa kesimpulan mereka perlu dikonfirmasi dengan observasi lebih lanjut.
Untuk mendapatkan data yang menunjukkan, atau sepertinya menunjukkan, adanya atmosfer gas belerang di sekitar L98-59d, Banerjee dan rekannya tidak bisa hanya melihat langsung ke planet tersebut. Sebaliknya, mereka harus menunggu hingga planet tersebut melintas di depan bintangnya, lalu melihat secara spesifik spektrum cahaya di sekitar tepi siluet planet tersebut. Cincin sempit itu menandai tempat cahaya bintang dapat menembus atmosfer planet, jika memang ada atmosfer di sana. Dan ukurannya sangat kecil dibandingkan dengan sebagian besar planet yang berbatu-batu dan cahaya bintang yang sangat besar dan terang.
Sulit, bahkan dengan program komputer canggih seperti yang digunakan Banerjee dan rekannya, untuk memastikan seberapa banyak cahaya yang mereka lihat merupakan sidik jari kimiawi atmosfer L98-59d dan seberapa banyak kontaminasi dari bintang tersebut. Hal ini juga menjadi tantangan bagi para astronom dalam mencari atmosfer di sekitar dunia sistem TRAPPIST-1, dan planet berbatu lainnya yang mengorbit bintang katai merah.
“Kami tidak sepenuhnya memahami detail kontaminasi bintang. Kita belum mengetahuinya dengan baik pada panjang gelombang yang lebih panjang,” kata ilmuwan planet Nick Wogan, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, merujuk pada cahaya inframerah yang digunakan JWST untuk melihat alam semesta.
Alternatifnya adalah dengan menyaksikan planet tersebut lewat di belakang bintangnya, sehingga memberikan pandangan sekilas ke sisi yang terkena sinar matahari, yang biasanya menghadap ke arah bintang dan menjauhi Bumi. Ini adalah cara tim astronom lain mengesampingkan atmosfer tebal di TRAPPIST-1b dan TRAPPIST-1c. Dan pengamatan L98-59d di masa depan mungkin juga melakukan hal yang sama.
L98-59 adalah bintang katai merah yang sangat mirip dengan TRAPPIST-1, seperti yang digambarkan dalam ilustrasi ini.
Berita NASA/Getty Images/Getty Images
Seberapa Yakin Kita Tentang Suasana Neraka L98-59?
Sementara itu, astronom lain yang diajak bicara Inverse mengambil gagasan tentang dunia gunung berapi dengan atmosfer belerang dengan sebutir garam. Ahli astrofisika Thomas Greene, yang tidak terlibat dalam penelitian ini tetapi telah menjadi bagian dari beberapa putaran pengamatan TRAPPIST-1b dan TRAPPIST-1c, secara blak-blakan mengatakan Terbalik“Sayangnya data yang ada terlalu buruk untuk menyimpulkan banyak hal tentang planet ini.”
Wogan lebih ragu-ragu:
“Ini bukanlah deteksi yang paling meyakinkan di dunia,” katanya. “Mengingat kepadatan planet ini, sepertinya ada sesuatu yang terjadi [of an atmosphere] di sana, tapi saya tidak yakin apakah mereka mendeteksi apa yang ada di sana atau apakah mereka hanya memiliki data yang berisik.”
Salah satu alasannya adalah atmosfernya tidak seperti yang Anda harapkan dari sebuah planet yang dipenuhi gunung berapi.
“Hipotesis vulkanisme akibat pemanasan pasang surut memang masuk akal, namun saya memperkirakan akan ada gas-gas lain,” kata Wogan. “Secara umum, magma mengandung cukup banyak karbon – jumlah yang sebanding dengan belerang. Gunung berapi di tata surya menghasilkan karbon monoksida dan karbon dioksida. Venus memiliki SO2, namun gas yang dominan adalah karbon dioksida. Di Bumi, terdapat berbagai jenis vulkanisme; uap air adalah gas yang paling dominan dihasilkan secara vulkanik. Salah satu reaksi spontan saya adalah 'Di mana gas-gas lainnya?'”
Lalu ada kepadatan planet itu sendiri. Dengan ukuran 1,5 kali lebar bumi dan hampir dua kali massa bumi, L98-59d terlalu ringan untuk dibuat dari batuan padat dan logam. Sebaliknya, para astronom mengatakan bahwa setidaknya sepertiga massa planet mungkin berupa air, kemungkinan besar dalam bentuk uap air, menurut Wogan, karena planet ini mendapat terlalu banyak panas dari bintangnya sehingga air tidak bisa menguap.
Namun tidak ada uap air di atmosfernya, menurut Banerjee dan rekannya.
“Kami tidak melihat tanda-tanda adanya gas H2O dalam jumlah besar,” kata Banerjee. “Meskipun data saat ini (sekali lagi, sangat meragukan dan tentatif) menunjukkan adanya H2S, (dan jika demikian, tidak ada air), kami tidak dapat menyimpulkannya secara meyakinkan.”
Menjelaskan kepadatan planet dan juga menjelaskan kekurangan air adalah sebuah tantangan yang harus dihadapi oleh Banerjee dan rekan-rekannya, mungkin dengan mengumpulkan lebih banyak data dengan berbagai instrumen di JWST, membuat simulasi komputer baru, dan mencari tahu bagaimana keduanya sejalan.
Apa Selanjutnya?
“Sangat menyenangkan untuk melontarkan ide sehingga kita dapat memikirkannya,” kata Wogan. “Sulit untuk membuat klaim yang pasti pada saat ini dengan data ini, namun hal ini akan menjadi hal yang menarik untuk dilacak dalam waktu mungkin 3 tahun ke depan.”
Banerjee dan rekan-rekannya sudah berencana untuk memeriksa planet ini setidaknya dua kali lebih banyak dengan JWST: sekali lagi dengan NIRSpec, dalam rangkaian panjang gelombang yang berbeda, dan sekali dengan Near InfraRed Slitless Spectrograph (NIRISS). Mereka juga berharap Space Telescope Science Institute, organisasi yang mengoperasikan JWST dan memutuskan astronom mana yang mendapatkan waktu teleskop untuk proyek apa, akan mengalokasikan waktu bagi mereka untuk melihat L98-59 dalam panjang gelombang inframerah yang lebih panjang dengan Instrumen Mid-InfraRed. (MIRI).
Jika Banerjee dan rekan-rekannya melihat tanda-tanda atmosfer sulfur padat yang sama di sekitar L98-59 dengan instrumen JWST lainnya, hal ini akan membuat gagasan mereka lebih berbobot, meskipun hal ini mendorong mereka untuk menjelaskan bagaimana atmosfer seperti itu bisa masuk ke dalam teka-teki kepadatan planet dan tidak adanya air dan gas lainnya. Hal ini juga akan mengungkapkan sesuatu yang telah kita pelajari, sedikit demi sedikit: alam semesta adalah tempat yang aneh, dan aneh dalam berbagai cara yang berbeda.
“Planet-planet berbatu di Tata Surya semuanya memiliki komposisi atmosfer yang berbeda,” tulis Banerjee dan rekannya. “Studi tentang atmosfer seperti itu di sistem eksoplanet dapat mengungkap beragam kimia yang belum dijelajahi.”