Saat berburu planet ekstrasurya yang berpotensi dihuni, salah satu hal terpenting yang dicari para astronom adalah apakah calon planet ekstrasurya mengorbit di dalam zona layak huni bintang mereka. Ini diperlukan agar air cair ada di permukaan planet, yang pada gilirannya merupakan prasyarat bagi kehidupan seperti yang kita kenal. Namun, dalam perjalanan menemukan exoplanet baru, para ilmuwan telah menyadari kasus ekstrim yang dikenal sebagai "dunia air".
Dunia air pada dasarnya adalah planet yang massa airnya mencapai 50%, menghasilkan lautan permukaan yang bisa mencapai ratusan kilometer. Menurut sebuah studi baru oleh tim ahli astrofisika dari Princeton, University of Michigan dan Harvard, dunia air mungkin tidak dapat bertahan lama. Temuan ini bisa menjadi sangat penting ketika datang untuk berburu planet layak huni di leher kita dari kosmos.
Studi terbaru ini, berjudul "Dehidrasi Dunia Air melalui Kerugian Atmosfer", baru-baru ini muncul dalam The Astrophysical Journal Letters. Dipimpin oleh Chuanfei Dong dari Departemen Ilmu Astrofisika di Universitas Princeton, tim melakukan simulasi komputer yang memperhitungkan kondisi dunia air seperti apa yang akan dikenakan.
Penelitian ini sebagian besar dimotivasi oleh jumlah penemuan planet ekstrasurya yang telah dibuat di sekitar sistem bintang bermassa rendah tipe M (katai merah) dalam beberapa tahun terakhir. Planet-planet ini ditemukan memiliki ukuran yang sebanding dengan Bumi - yang mengindikasikan bahwa mereka kemungkinan terestrial (yaitu berbatu-batu). Selain itu, banyak dari planet ini - seperti Proxima b dan tiga planet dalam sistem TRAPPIST-1 - ditemukan mengorbit di dalam zona bintang yang dapat dihuni.
Namun, penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa Proxima b dan planet berbatu lainnya yang mengorbit bintang katai merah bisa jadi adalah dunia air. Ini didasarkan pada perkiraan massa yang diperoleh dari survei astronomi, dan asumsi bawaan bahwa planet seperti itu berbatu-batu di alam dan tidak memiliki atmosfer masif. Pada saat yang sama, banyak penelitian telah dihasilkan yang menimbulkan keraguan apakah planet-planet ini dapat bertahan di air mereka atau tidak.
Pada dasarnya, semuanya bermuara pada jenis bintang dan parameter orbital planet-planet. Sementara berumur panjang, bintang katai merah dikenal sebagai variabel dan tidak stabil dibandingkan dengan Matahari kita, yang menghasilkan flare periodik yang akan mengupas atmosfer planet dari waktu ke waktu. Selain itu, planet-planet yang mengorbit dalam zona layak huni kurcaci merah kemungkinan akan terkunci secara tidal, artinya satu sisi planet ini akan terus-menerus terpapar radiasi bintang.
Karena itu, para ilmuwan fokus pada penentuan seberapa baik eksoplanet dalam berbagai jenis sistem bintang dapat bertahan di atmosfer mereka. Seperti yang disampaikan Dr. Dong kepada Space Magazine melalui email:
“Adalah adil untuk mengatakan bahwa keberadaan atmosfer dianggap sebagai salah satu persyaratan untuk kelayakhunian sebuah planet. Karena itu, konsep kelayakhunian adalah konsep yang kompleks dengan banyak sekali faktor yang terlibat. Dengan demikian, suatu atmosfer dengan sendirinya tidak akan cukup untuk menjamin kelayakhunian, tetapi itu dapat dianggap sebagai unsur penting bagi sebuah planet agar dapat dihuni. ”
Untuk menguji apakah dunia air dapat mempertahankan atmosfernya, tim melakukan simulasi komputer yang memperhitungkan berbagai skenario yang mungkin. Ini termasuk efek medan magnet bintang, ejeksi massa koronal, dan ionisasi dan ejeksi atmosfer untuk berbagai jenis bintang - termasuk bintang tipe G (seperti Matahari kita) dan bintang tipe M (seperti Proxima Centauri dan TRAPPIST-1).
Dengan efek-efek ini, Dr. Dong dan rekan-rekannya membuat model komprehensif yang mensimulasikan berapa lama atmosfer planet ekstrasurya akan bertahan. Seperti yang dia jelaskan:
“Kami mengembangkan model magnetohydrodynamic multi-fluida baru. Model ini mensimulasikan ionosfer dan magnetosfer secara keseluruhan. Karena keberadaan medan magnet dipol, angin bintang tidak dapat menyapu atmosfer secara langsung (seperti Mars karena tidak adanya medan magnet dipol global), sebaliknya, kehilangan ion atmosfer disebabkan oleh angin kutub.
“Elektron lebih kecil dari ion induknya, dan sebagai hasilnya, lebih mudah dipercepat hingga dan melampaui kecepatan lepasnya planet ini. Pemisahan muatan antara elektron yang lepas dan bermassa rendah ini, dan ion yang bermuatan positif lebih besar secara signifikan membentuk medan listrik polarisasi. Medan listrik itu, pada gilirannya, bertindak untuk menarik ion bermuatan positif di sepanjang di belakang elektron yang melarikan diri, keluar dari atmosfer di tutup kutub. "
Apa yang mereka temukan adalah bahwa simulasi komputer mereka konsisten dengan sistem Earth-Sun saat ini. Namun, dalam beberapa kemungkinan ekstrem - seperti exoplanet di sekitar bintang tipe-M - situasinya sangat berbeda dan tingkat pelariannya bisa seribu kali lebih besar atau lebih. Hasilnya berarti bahwa bahkan dunia air, jika mengorbit bintang katai merah, dapat kehilangan atmosfernya setelah sekitar satu gigayear (Gyr), satu miliar tahun.
Mempertimbangkan bahwa kehidupan seperti yang kita tahu butuh sekitar 4,5 miliar tahun untuk berkembang, satu miliar tahun adalah jendela yang relatif singkat. Faktanya, seperti yang Dr. Dong jelaskan, hasil-hasil ini mengindikasikan bahwa planet-planet yang mengorbit bintang-bintang tipe M akan sulit ditekan untuk mengembangkan kehidupan:
"Hasil kami menunjukkan bahwa planet-planet laut (yang mengorbit bintang seperti Matahari) akan mempertahankan atmosfer mereka lebih lama daripada skala waktu Gyr karena tingkat pelarian ion terlalu rendah, oleh karena itu, memungkinkan durasi yang lebih lama bagi kehidupan untuk berasal di planet-planet ini dan berkembang dalam hal kompleksitas. Sebaliknya, untuk exoplanet yang mengorbit kurcaci M, mereka dapat membuat lautan mereka terkuras pada skala waktu Gyr karena partikel yang lebih kuat dan lingkungan radiasi yang dialami oleh exoplanet di zona dekat yang dapat dihuni. Jika atmosfer dihabiskan dalam skala waktu kurang dari Gyr, ini bisa terbukti menjadi masalah bagi asal usul kehidupan (abiogenesis) di planet ini. "
Sekali lagi, hasil ini meragukan potensi kelayakhunian sistem bintang katai merah. Di masa lalu, para peneliti telah mengindikasikan bahwa umur panjang bintang katai merah, yang dapat tetap berada dalam urutan utama mereka hingga 10 triliun tahun atau lebih, menjadikan mereka kandidat terbaik untuk menemukan exoplanet yang layak huni. Namun, kestabilan bintang-bintang ini dan cara mereka untuk mengupas planet-planet di atmosfer mereka tampaknya menunjukkan sebaliknya.
Oleh karena itu, studi seperti ini sangat penting karena membantu mengatasi seberapa lama sebuah planet yang berpotensi dihuni di sekitar bintang katai merah dapat berpotensi dihuni. Dong ditunjukkan:
"Mengingat pentingnya kehilangan atmosfer pada kelayakhunaan planet, ada banyak minat dalam menggunakan teleskop seperti James Webb Space Telescope (JWST) yang akan datang untuk menentukan apakah planet-planet ini memiliki atmosfer dan, jika demikian, seperti apa komposisi mereka. . Diharapkan bahwa JWST harus mampu mengkarakterisasi atmosfer ini (jika ada), tetapi mengukur tingkat pelarian secara akurat membutuhkan tingkat presisi yang jauh lebih tinggi dan mungkin tidak layak dalam waktu dekat. "
Studi ini juga signifikan sejauh pemahaman kita tentang Tata Surya dan evolusinya. Pada suatu waktu, para ilmuwan telah memberanikan diri bahwa Bumi dan Venus mungkin adalah dunia air. Bagaimana mereka membuat transisi dari menjadi sangat berair menjadi seperti sekarang ini - dalam kasus Venus, kering dan neraka; dan dalam kasus Bumi, memiliki banyak benua - adalah pertanyaan yang sangat penting.
Di masa depan, survei yang lebih rinci diantisipasi yang dapat membantu menjelaskan teori-teori yang bersaing ini. Ketika James Webb Space Telescope (JWST) digunakan pada musim semi tahun 2018, ia akan menggunakan kemampuan inframerahnya yang kuat untuk mempelajari planet di sekitar kerdil merah terdekat, Proxima b menjadi salah satunya. Apa yang kita pelajari tentang ini dan exoplanet jauh lainnya akan sangat membantu menginformasikan pemahaman kita tentang bagaimana Tata Surya kita juga berevolusi.
