Terlepas dari ribuan exoplanet yang telah ditemukan oleh para astronom dalam beberapa tahun terakhir, menentukan apakah ada di antara mereka yang dapat dihuni adalah tantangan besar. Karena kita tidak dapat mempelajari planet-planet ini secara langsung, para ilmuwan terpaksa mencari indikasi tidak langsung. Ini dikenal sebagai biosignatures, yang terdiri dari produk sampingan kimia yang kita kaitkan dengan kehidupan organik yang muncul di atmosfer planet.
Sebuah studi baru oleh tim ilmuwan NASA mengusulkan metode baru untuk mencari tanda-tanda kehidupan potensial di luar Tata Surya kita. Kuncinya, mereka rekomendasikan, adalah mengambil keuntungan dari seringnya badai bintang dari bintang kerdil muda yang keren. Badai ini melemparkan awan besar bahan bintang dan radiasi ke ruang angkasa, berinteraksi dengan atmosfer planet ekstrasurya dan menghasilkan biosignatures yang dapat dideteksi.
Studi yang berjudul "Atmosfer Beacon Kehidupan dari Planet Luar Sekitar G dan K Stars", baru-baru ini muncul di Laporan Ilmiah Alam. Dipimpin oleh Vladimir S. Airapetian, seorang astrofisikawan senior dengan Divisi Ilmu Pengetahuan Heliofisika (HSD) di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA, tim tersebut termasuk anggota dari Pusat Penelitian Langley NASA, Science Systems and Applications Incorporated (SSAI), dan Universitas Amerika. .
Secara tradisional, para peneliti telah mencari tanda-tanda oksigen dan metana di atmosfer planet ekstrasurya, karena ini adalah produk sampingan yang terkenal dari proses organik. Seiring waktu, gas-gas ini menumpuk, mencapai jumlah yang dapat dideteksi menggunakan spektroskopi. Namun, pendekatan ini memakan waktu dan mengharuskan para astronom menghabiskan waktu berhari-hari untuk mengamati spektra dari planet yang jauh.
Tetapi menurut Airapetian dan rekan-rekannya, adalah mungkin untuk mencari tanda tangan kasar di dunia yang berpotensi dihuni. Pendekatan ini akan bergantung pada teknologi dan sumber daya yang ada dan akan memakan waktu jauh lebih sedikit. Seperti yang dijelaskan Airapetian dalam siaran pers NASA:
“Kami mencari molekul yang terbentuk dari prasyarat mendasar untuk kehidupan - khususnya molekul nitrogen, yang merupakan 78 persen dari atmosfer kita. Ini adalah molekul dasar yang ramah secara biologis dan memiliki kekuatan memancarkan inframerah yang kuat, meningkatkan peluang kami untuk mendeteksinya. ”
Dengan menggunakan kehidupan di Bumi sebagai templat, Airapetian dan timnya merancang metode baru untuk melihat atau tanda-tanda produk sampingan uap air, nitrogen, dan gas oksigen di atmosfer planet ekstrasurya. Trik sebenarnya, bagaimanapun, adalah mengambil keuntungan dari jenis peristiwa cuaca luar angkasa ekstrem yang terjadi dengan bintang katai aktif. Peristiwa-peristiwa ini, yang memaparkan atmosfer planet terhadap semburan radiasi, menyebabkan reaksi kimia yang dapat dipilih para astronom.
Ketika datang ke bintang-bintang seperti Matahari kita, katai kuning tipe G, peristiwa cuaca seperti itu biasa terjadi ketika mereka masih muda. Namun, bintang kuning dan oranye lainnya diketahui tetap aktif selama miliaran tahun, menghasilkan badai partikel bermuatan energi. Dan bintang tipe-M (kurcaci merah), tipe yang paling umum di alam semesta, tetap aktif sepanjang umur panjang mereka, secara berkala menjadikan planet-planet mereka mini-suar.
Ketika ini mencapai sebuah planet ekstrasurya, mereka bereaksi dengan atmosfer dan menyebabkan disosiasi kimia gas nitrogen (N²) dan oksigen (O2) menjadi atom tunggal, dan uap air menjadi hidrogen dan oksigen. Atom nitrogen dan oksigen yang terurai kemudian menyebabkan kaskade reaksi kimia yang menghasilkan hidroksil (OH), lebih banyak molekul oksigen (O), dan nitrat oksida (NO) - yang oleh para ilmuwan disebut sebagai "suar atmosfer".
Ketika cahaya bintang mengenai atmosfer planet, molekul-molekul suar ini menyerap energi dan memancarkan radiasi inframerah. Dengan memeriksa panjang gelombang tertentu dari radiasi ini, para ilmuwan dapat menentukan elemen kimia apa yang ada. Kekuatan sinyal elemen-elemen ini juga merupakan indikasi tekanan atmosfer. Secara keseluruhan, pembacaan ini memungkinkan ilmuwan untuk menentukan kepadatan dan komposisi atmosfer.
Selama beberapa dekade, para astronom juga menggunakan model untuk menghitung bagaimana ozon (O³) terbentuk di atmosfer bumi dari oksigen yang terpapar radiasi matahari. Dengan menggunakan model yang sama ini - dan memasangkannya dengan peristiwa cuaca luar angkasa yang diharapkan dari bintang-bintang aktif dan sejuk - Airapetian dan rekan-rekannya berusaha menghitung berapa banyak nitrat oksida dan hidroksil akan terbentuk dalam atmosfer mirip Bumi dan berapa banyak ozon yang akan dihancurkan. .
Untuk mencapai hal ini, mereka berkonsultasi data dari misi Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED) NASA, yang telah mempelajari pembentukan beacon di atmosfer Bumi selama bertahun-tahun. Secara khusus, mereka menggunakan data dari Sounding of the Atmosphere menggunakan instrumen Broadband Emission Radiometry (SABER), yang memungkinkan mereka untuk mensimulasikan bagaimana pengamatan inframerah dari beacon ini dapat muncul di atmosfer planet ekstrasurya.
Seperti Martin Mlynczak, penyelidik utama asosiasi SABER di Langley Research Center NASA dan rekan penulis makalah, mengindikasikan:
"Mengambil apa yang kita ketahui tentang radiasi infra merah yang dipancarkan oleh atmosfer Bumi, idenya adalah untuk melihat exoplanet dan melihat sinyal apa yang dapat kita deteksi. Jika kita menemukan sinyal planet ekstrasurya dalam proporsi yang hampir sama dengan Bumi, kita dapat mengatakan bahwa planet adalah kandidat yang baik untuk menampung kehidupan. "
Apa yang mereka temukan adalah bahwa frekuensi badai bintang yang intens berhubungan langsung dengan kekuatan sinyal panas yang datang dari suar atmosfer. Semakin banyak badai terjadi, semakin banyak molekul suar yang dibuat, menghasilkan sinyal yang cukup kuat untuk diamati dari Bumi dengan teleskop luar angkasa, dan berdasarkan hanya dua jam waktu pengamatan.
Mereka juga menemukan bahwa metode semacam ini dapat menyingkirkan exoplanet yang tidak memiliki medan magnet mirip Bumi, yang secara alami berinteraksi dengan partikel bermuatan dari Matahari. Kehadiran bidang semacam itu adalah apa yang memastikan bahwa atmosfer planet tidak dilucuti, dan karena itu penting untuk kelayakhunian. Seperti yang dijelaskan Airapetian:
“Sebuah planet membutuhkan medan magnet, yang melindungi atmosfer dan melindungi planet ini dari badai dan radiasi bintang. Jika angin bintang tidak begitu ekstrem untuk mengompres medan magnet planet ekstrasurya dekat dengan permukaannya, medan magnet mencegah pelarian atmosfer, sehingga ada lebih banyak partikel di atmosfer dan sinyal inframerah yang dihasilkan lebih kuat. "
Model baru ini penting karena beberapa alasan. Di satu sisi, ini menunjukkan bagaimana penelitian yang memungkinkan studi terperinci tentang atmosfer Bumi dan bagaimana interaksi dengan cuaca luar angkasa sekarang sedang dilakukan untuk mempelajari planet ekstrasurya. Hal ini juga menarik karena dapat memungkinkan studi baru tentang kelayanan planet ekstrasurya di sekitar kelas bintang tertentu - mulai dari banyak jenis bintang kuning dan oranye hingga bintang kerdil merah yang dingin.
Kerdil merah adalah jenis bintang yang paling umum di alam semesta, terhitung 70% bintang di galaksi spiral dan 90% di galaksi elips. Terlebih lagi, berdasarkan penemuan baru-baru ini, para astronom memperkirakan bahwa bintang katai merah sangat mungkin memiliki sistem planet berbatu. Tim peneliti juga mengantisipasi bahwa instrumen ruang generasi mendatang seperti James Webb Space Telescope akan meningkatkan kemungkinan menemukan planet layak huni menggunakan model ini.
Seperti yang dikatakan William Danchi, astrofisika senior dan rekan penulis studi Goddard,:
“Wawasan baru tentang potensi kehidupan di planet ekstrasurya sangat tergantung pada penelitian interdisipliner di mana data, model, dan teknik digunakan dari empat divisi sains NASA Goddard: heliofisika, astrofisika, planet, dan ilmu Bumi. Campuran ini menghasilkan jalur baru yang unik dan kuat untuk penelitian planet ekstrasurya. "
Sampai saat kita dapat mempelajari exoplanet secara langsung, setiap perkembangan yang membuat biosignatures lebih dapat dilihat dan mudah dideteksi adalah sangat berharga. Di tahun-tahun mendatang, Project Blue dan Breakthrough Starshot berharap untuk melakukan studi langsung pertama dari sistem Alpha Centauri. Tetapi sementara itu, model yang ditingkatkan yang memungkinkan kita untuk mensurvei bintang-bintang lain yang tak terhitung jumlahnya untuk planet ekstrasurya yang dapat dihuni adalah emas!
Tidak hanya mereka akan sangat meningkatkan pemahaman kita tentang seberapa umum planet tersebut, mereka mungkin hanya mengarahkan kita ke arah satu atau lebih Bumi 2.0!
