Selama beberapa dekade terakhir, jumlah planet ekstra-surya yang telah terdeteksi dan dikonfirmasi telah tumbuh secara eksponensial. Saat ini, keberadaan 3.778 exoplanet telah dikonfirmasi di 2.818 sistem planet, dengan tambahan 2.737 kandidat yang menunggu konfirmasi. Dengan volume planet yang tersedia untuk penelitian ini, fokus penelitian planet ekstrasurya telah mulai bergeser dari deteksi ke karakterisasi.
Sebagai contoh, para ilmuwan semakin tertarik dalam mengkarakterisasi atmosfer planet ekstrasurya sehingga mereka dapat mengatakan dengan yakin bahwa mereka memiliki bahan yang tepat untuk kehidupan (mis. Nitrogen, karbon dioksida, dll). Sayangnya, ini sangat sulit menggunakan metode saat ini. Namun, menurut sebuah studi baru oleh tim astronom internasional, instrumen generasi berikutnya yang mengandalkan pencitraan langsung akan menjadi pengubah permainan.
Studi tersebut, "Pencitraan Langsung dalam Cahaya yang Dipantulkan: Karakterisasi Exoplanet Beriklim Tua dengan Teleskop 30 m", baru-baru ini muncul secara online. Studi ini dipimpin oleh Michael Fitzgerald dan Ben Mazin - seorang profesor astrofisika di Universitas California Los Angeles (UCLA) dan Ketua Worster dalam Fisika Eksperimental di Universitas California Santa Barbara (UCSB), masing-masing.
Mereka bergabung dengan para peneliti dari Institut Montreal untuk Penelitian tentang Exoplanet (iREX), Laboratorium Jet Propulsion NASA, Observatorium Carnegie, Observatorium Steward, Observatorium Astronomi Nasional Jepang, Massachusetts Institute of Technology (MIT), California Institut Teknologi (Caltech), dan beberapa universitas.
Seperti yang mereka tunjukkan dalam penelitian mereka, kemampuan kita untuk mengkarakterisasi planet ekstrasurya saat ini terbatas. Sebagai contoh, metode kami saat ini - yang paling banyak digunakan adalah Metode Transit dan pengukuran Kecepatan Radial - telah menyebabkan ribuan planet periode pendek ditemukan (planet yang mengorbit dekat dengan matahari mereka dengan periode sekitar 10 hari). Namun, sensitivitas metode ini mulai menurun secara substansial semakin jauh dari planet ekstrasurya itu dari matahari.
Terlebih lagi, planet jangka panjang juga sebagian besar tidak dapat diakses sejauh menyangkut spektrumnya. Jenis analisis ini melibatkan pengukuran cahaya yang melewati atmosfer planet saat ia transit dari bintangnya. Dengan mengukur spektra untuk menentukan komposisinya, para ilmuwan dapat mengkarakterisasi atmosfer planet ekstrasurya dan menentukan apakah sebuah planet sebenarnya bisa dihuni.
Untuk mengatasinya, tim menyarankan bahwa deteksi langsung (alias. Pencitraan langsung) akan menjadi metode yang lebih efektif untuk mengkarakterisasi atmosfer atmosfer planet ekstrasurya. Seperti Dr. Étienne Artigau, seorang peneliti iREX dan rekan penulis dalam penelitian ini, menjelaskan kepada Space Magazine melalui email (diterjemahkan dari bahasa Prancis)
“Tidak ada planet yang terdeteksi untuk saat ini yang ditemukan di“ cahaya yang dipantulkan ”. Ketika kita melihat planet-planet tata surya kita, itu karena mereka diterangi oleh Matahari sehingga kita bisa melihatnya. Dengan cara yang sama, planet-planet dari bintang-bintang lain memantulkan cahaya dan harus mungkin untuk mendeteksi cahaya ini dengan teleskop yang cukup kuat. Rasio fluks antara planet-planet dan bintang mereka sangat besar, dari urutan 1 miliar, dibandingkan dengan planet-planet yang terdeteksi oleh emisi termal mereka, atau rasio ini lebih tepatnya dari urutan 1 juta. "
Saat ini, pencitraan langsung adalah satu-satunya cara untuk memperoleh spektrum exoplanet non-transit, terutama yang berada pada jarak menengah dan lebar dari matahari mereka. Dalam hal ini, para astronom memperoleh spektra dari cahaya yang dipantulkan dari atmosfer planet ekstrasurya untuk menentukan komposisinya. Sejauh ini, hanya segelintir planet ekstrasurya yang dicitrakan secara langsung, yang semuanya merupakan super-Jupiters bercahaya yang mengorbit bintang induknya pada jarak ratusan atau ribuan AU.
Planet-planet ini sangat muda dan memiliki suhu lebih dari 500 ° C (932 ° F), yang membuat mereka menjadi kelas planet yang agak langka. Akibatnya, para astronom tidak memiliki informasi tentang keragaman atmosfer planet ekstrasurya, terutama ketika datang ke planet berbatu yang lebih kecil yang memiliki suhu lebih mirip dengan Bumi - di mana suhu permukaan rata-rata sekitar 15 ° C (58,7 ° F).
Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa teleskop yang ada tidak memiliki kepekaan untuk secara langsung mencitrakan planet yang lebih kecil yang mengorbit lebih dekat ke bintang-bintang. Seperti yang mereka tentukan dalam penelitian mereka, mengkarakterisasi atmosfer planet-planet yang berada dalam 5 AU dari bintang-bintang mereka (di mana survei kecepatan radial telah mengungkapkan banyak planet) akan membutuhkan teleskop dengan bukaan 30 meter yang dikombinasikan dengan optik adaptif canggih, sebuah coronagraph, dan serangkaian spektrometer dan pencitra.
"Singkatnya, tidak ada teleskop saat ini yang dapat mendeteksi planet-planet ini, bahkan di sekitar bintang-bintang terdekat dengan kita, tetapi ada setiap alasan untuk percaya bahwa generasi teleskop berikutnya dengan diameter 30 m dan lebih akan dapat melakukannya," kata Artiqua. "Tidak pasti bahwa seseorang akan dapat mendeteksi, pada awalnya, planet-planet seperti Bumi, tetapi setidaknya seseorang harus dapat mendeteksi planet-planet yang sebanding dengan Uranus dan Neptunus, yang akan menjadi hasil yang luar biasa."
Fasilitas generasi berikutnya dan instrumen optik adaptif termasuk Planetary Systems Imager (PSI) pada Thirty Meter Telescope (TMT), yang diusulkan untuk konstruksi di Mauna Kea, Hawaii. Dan ada instrumen GMagAO-X pada Giant Magellan Telescope (GMT), yang saat ini sedang dibangun di Las Campanas Observatory dan dijadwalkan selesai pada 2025.
Seperti yang ditunjukkan Artigau, survei yang dilakukan dengan instrumen generasi berikut ini akan memungkinkan para astronom mendeteksi dan mengkarakterisasi berbagai planet yang lebih luas, serta memungkinkan untuk mencari tanda-tanda kehidupan yang mungkin (alias biosignatures), tidak seperti sebelumnya:
“Ini akan memungkinkan kita untuk secara langsung mempelajari cahaya yang datang dari planet hanya sedikit lebih besar dari Bumi (dan mungkin seperti Bumi jika kita optimis). Ini adalah salah satu peluang terbaik kami untuk mencari tanda tangan kehidupan di atmosfer ini. Bahkan jika kita tidak menemukan tanda tangan kehidupan, itu akan memungkinkan untuk memahami seluruh kelas planet yang kita lihat secara tidak langsung (transit, kecepatan radial) tetapi kita tidak tahu apa-apa ... Pentingnya pencitraan langsung adalah memungkinkan untuk menyelidiki secara langsung atmosfer, dan bahkan permukaan, planet-planet ini. Penambahan spektograf resolusi tinggi juga memberikan gagasan tentang angin dan sirkulasi angin global, serta menyelidiki keberadaan molekul yang berbeda. "
Tentu saja, masih ada batasan untuk apa yang dapat dipelajari oleh para ilmuwan menggunakan metode pencitraan langsung, bahkan dengan instrumen dan teleskop generasi mendatang yang mereka miliki. Tetapi kemungkinan dan implikasinya untuk penelitian planet ekstrasurya tidak kalah besar. Sebagai permulaan, para astronom bisa mendapatkan ide yang lebih baik tentang demografi planet berbatu yang lebih kecil yang mengorbit dalam zona layak huni masing-masing bintang mereka.
“Pendeteksian planet yang 'berpotensi dihuni' tentu saja merupakan kasus yang paling mengasyikkan di sini, tetapi penting untuk diingat bahwa itu akan tetap cukup sulit bahkan dengan teleskop 30 m,” kata Artigua. "Ketika kita membuat prediksi statistik, seharusnya hanya ada beberapa (mungkin kurang dari 10) planet terestrial yang akan dapat diakses dan akan memiliki suhu yang sebanding dengan kita."
Dalam rentang planet ini, Artigau dan rekan-rekannya dapat membayangkan sejumlah skenario menarik. Sebagai contoh, beberapa mungkin seperti Venus, di mana atmosfer yang padat dan orbit yang relatif dekat menghasilkan efek rumah kaca yang tak terkendali. Yang lain mungkin seperti Mars, di mana angin matahari atau letusan telah melucuti atmosfer planet. Selain itu, mungkin ada planet terestrial yang bahkan tidak bisa kita bayangkan.
"Singkatnya, planet-planet yang dapat dihuni bisa sangat memiliki imajinasi lebih dari kita," Dr. Artiqau menyimpulkan. "Keragaman exoplanet ini juga menyiratkan bahwa kita harus berhati-hati ketika kita memperkirakan bahwa itu akan layak huni."
"Intinya adalah kita dapat melakukan hal-hal menakjubkan dalam studi planet ekstrasurya dengan teleskop 30 m, tetapi investasi yang signifikan dalam teknologi diperlukan untuk bersiap-siap membangun instrumen ini untuk teleskop 30 m," tambah Mazin.
Penelitian ini dimungkinkan berkat bantuan tambahan yang diberikan oleh Dewan Riset Nasional Kanada (NRC) dan Organisasi Teleskop Giant Magellan (GMTO).
