Kredit gambar: NASA
Jika astronom alien di sekitar bintang yang jauh telah mempelajari Matahari muda empat setengah miliar tahun yang lalu, dapatkah mereka melihat tanda-tanda Bumi yang baru terbentuk yang mengorbit bintang kuning yang tidak berbahaya ini? Jawabannya adalah ya, menurut Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory) dan Benjamin Bromley (University of Utah). Selain itu, model komputer mereka mengatakan bahwa kita dapat menggunakan tanda-tanda yang sama untuk menemukan tempat di mana planet-planet seukuran Bumi saat ini sedang membentuk-dunia muda yang, suatu hari, dapat menampung kehidupan mereka sendiri.
Kunci untuk menemukan Bumi yang baru lahir, kata Kenyon dan Bromley, adalah untuk tidak mencari planet itu sendiri, tetapi untuk cincin debu yang mengorbit bintang yang merupakan sidik jari dari pembentukan planet terestrial (berbatu).
"Kemungkinannya adalah, jika ada lingkaran debu, ada planet," kata Kenyon.
Planet Yang Baik Sulit Ditemukan
Tata surya kita terbentuk dari cakram gas dan debu yang berputar-putar, yang disebut cakram protoplanet, yang mengorbit Matahari muda. Bahan yang sama ditemukan di seluruh galaksi kita, sehingga hukum fisika memprediksi bahwa sistem bintang lainnya akan membentuk planet dengan cara yang sama.
Meskipun planet mungkin umum, mereka sulit dideteksi karena mereka terlalu pingsan dan terletak terlalu dekat dengan bintang yang jauh lebih terang. Karena itu, para astronom mencari planet dengan mencari bukti tidak langsung keberadaan mereka. Dalam sistem planet muda, bukti itu mungkin ada di cakram itu sendiri, dan bagaimana planet itu memengaruhi cakram berdebu tempat ia terbentuk.
Planet besar berukuran Jupiter memiliki gravitasi yang kuat. Gravitasi itu sangat memengaruhi disk berdebu. Satu Jupiter dapat membersihkan celah berbentuk cincin di cakram, membengkokkan cakram, atau membuat petak debu terkonsentrasi yang meninggalkan pola di cakram seperti bangun dari perahu. Kehadiran sebuah planet raksasa dapat menjelaskan pola bangun seperti yang terlihat di cakram sekitar bintang Vega yang berusia 350 juta tahun.
Dunia kecil seukuran Bumi, di sisi lain, memiliki gravitasi yang lebih lemah. Mereka mempengaruhi disk lebih lemah, meninggalkan tanda-tanda kehadiran mereka yang lebih halus. Daripada mencari bengkok atau bangun, Kenyon dan Bromley merekomendasikan mencari untuk melihat seberapa terang sistem bintang pada panjang gelombang cahaya inframerah (IR). (Cahaya inframerah, yang kami anggap panas, adalah cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dan lebih sedikit energi daripada cahaya tampak.)
Bintang dengan disk berdebu lebih terang di IR daripada bintang tanpa disk. Semakin banyak debu yang dimiliki sistem bintang, semakin terang ia berada di IR. Kenyon dan Bromley telah menunjukkan bahwa para astronom dapat menggunakan kecerahan IR tidak hanya untuk mendeteksi disk, tetapi juga untuk mengetahui kapan sebuah planet seukuran Bumi terbentuk di dalam disk tersebut.
“Kami adalah yang pertama menghitung tingkat yang diharapkan dari produksi debu dan kelebihan inframerah yang terkait, dan yang pertama menunjukkan bahwa pembentukan planet terestrial menghasilkan jumlah debu yang dapat diamati,” kata Bromley.
Membangun Planet Dari Bawah ke Atas
Teori pembentukan planet yang paling umum menyerukan pembangunan planet "dari bawah ke atas." Menurut teori koagulasi, potongan-potongan kecil material berbatu dalam disk protoplanet bertabrakan dan saling menempel. Selama ribuan tahun, rumpun kecil tumbuh menjadi rumpun yang lebih besar dan lebih besar, seperti membangun manusia salju satu genggam salju sekaligus. Akhirnya, rumpun berbatu tumbuh begitu besar sehingga mereka menjadi planet penuh.
Kenyon dan Bromley memodelkan proses pembentukan planet menggunakan program komputer yang kompleks. Mereka “menabur” cakram protoplanet dengan satu miliar planetesimal 0,6 mil (1 kilometer), semuanya mengorbit bintang pusat, dan melangkah maju ke depan pada waktunya untuk melihat bagaimana planet berevolusi dari bahan-bahan dasar itu.
“Kami membuat simulasi serealistis mungkin dan masih menyelesaikan perhitungan dalam jumlah waktu yang wajar,” kata Bromley.
Mereka mendapati proses pembentukan planet ini sangat efisien. Awalnya, tabrakan antar planetesimal terjadi pada kecepatan rendah, sehingga benda yang bertabrakan cenderung bergabung dan tumbuh. Pada jarak Bumi-Matahari yang khas, hanya dibutuhkan sekitar 1000 tahun untuk objek 1 kilometer untuk tumbuh menjadi objek 100 kilometer (60 mil). 10.000 tahun lagi menghasilkan protoplanet berdiameter 600 mil, yang tumbuh lebih dari 10.000 tahun tambahan menjadi protoplanet berdiameter 1.200 mil. Oleh karena itu, objek berukuran Bulan dapat terbentuk hanya dalam 20.000 tahun.
Saat planetesimal di dalam cakram tumbuh lebih besar dan lebih besar, gravitasi mereka tumbuh lebih kuat. Setelah beberapa objek mencapai ukuran 600 mil, mereka mulai "mengaduk" objek yang lebih kecil yang tersisa. Gravitasi menjepret batu yang lebih kecil dan berukuran asteroid ke kecepatan yang lebih tinggi. Mereka melakukan perjalanan begitu cepat sehingga ketika mereka bertabrakan, mereka tidak bergabung - mereka hancur, saling menghancurkan secara keras. Sementara protoplanet terbesar terus tumbuh, sisa planetesimal berbatu saling menggiling menjadi debu.
"Debu terbentuk tepat di tempat planet ini terbentuk, pada jarak yang sama dari bintangnya," kata Kenyon. Akibatnya, suhu debu menunjukkan di mana planet ini terbentuk. Debu di orbit seperti Venus akan lebih panas daripada debu di orbit mirip Bumi, memberikan petunjuk jarak planet bayi dari bintangnya.
Ukuran objek terbesar dalam disk menentukan tingkat produksi debu. Jumlah debu memuncak ketika protoplanet 600 mil telah terbentuk.
"Spitzer Space Telescope harus mampu mendeteksi puncak debu seperti itu," kata Bromley.
Saat ini, model pembentukan planet terestrial Kenyon dan Bromley hanya mencakup sebagian kecil dari tata surya, dari orbit Venus ke jarak sekitar setengah jalan antara Bumi dan Mars. Di masa depan, mereka berencana untuk memperluas model untuk mencakup orbit sedekat Matahari dengan Merkurius dan sejauh Mars.
Mereka juga telah memodelkan pembentukan Sabuk Kuiper-sebuah wilayah benda-benda kecil, dingin dan berbatu di luar orbit Neptunus. Langkah logis berikutnya adalah memodelkan pembentukan raksasa gas seperti Jupiter dan Saturnus.
"Kami mulai dari tepi tata surya dan bekerja ke dalam," kata Kenyon sambil tersenyum. "Kami juga berolahraga secara massal. Bumi 1000 kali lebih besar dari objek Sabuk Kuiper, dan Jupiter 1000 kali lebih besar dari Bumi. "
"Tujuan utama kami adalah untuk memodelkan dan memahami pembentukan seluruh tata surya kita." Kenyon memperkirakan bahwa tujuan mereka dapat dicapai dalam satu dekade, karena kecepatan komputer terus meningkat, memungkinkan simulasi seluruh sistem tata surya.
Penelitian ini diterbitkan dalam edisi 20 Februari 2004, The Astrophysical Journal Letters. Informasi tambahan dan animasi tersedia online di http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Berkantor pusat di Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics adalah kolaborasi bersama antara Smithsonian Astrophysical Observatory dan Harvard College Observatory. Para ilmuwan CFA, diorganisasikan ke dalam enam divisi penelitian, mempelajari asal usul, evolusi, dan nasib akhir alam semesta.
Sumber Asli: Siaran Berita CFA
