Kredit gambar: NWU
Orbit aneh dari tiga planet yang berputar di sekitar bintang yang jauh dapat dijelaskan hanya jika planet keempat yang tidak terlihat melakukan kesalahan besar dan menjatuhkan mereka dari orbit melingkar mereka, menurut sebuah penelitian baru oleh para peneliti di University of California, Berkeley, dan Northwestern University.
Kesimpulannya didasarkan pada ekstrapolasi komputer dari 13 tahun pengamatan pergerakan planet di sekitar bintang Upsilon Andromedae. Ini menunjukkan bahwa orbit non-lingkaran dan sering sangat elips dari banyak planet ekstrasurya yang ditemukan hingga saat ini mungkin merupakan hasil dari planet yang saling berhamburan. Dalam skenario seperti itu, planet yang mengganggu dapat ditembakkan dari sistem sepenuhnya atau dapat ditendang ke orbit jauh, meninggalkan planet-planet dalam dengan orbit eksentrik.
"Ini mungkin salah satu dari dua atau tiga sistem ekstrasurya yang memiliki pengamatan terbaik dan kendala ketat, dan itu menceritakan kisah unik," kata Eric Ford, seorang postdoctoral fellow di UC Berkeley. "Penjelasan kami adalah bahwa orbit asli planet terluar itu berbentuk lingkaran, tetapi ia mendapat tendangan mendadak yang mengubah orbitnya secara permanen menjadi sangat eksentrik. Untuk memberikan tendangan itu, kami berhipotesis bahwa ada planet tambahan yang tidak kami lihat sekarang. Kami percaya kami sekarang mengerti bagaimana sistem ini bekerja. "
Jika planet seperti itu telah menembus tata surya kita di awal sejarahnya, para peneliti mencatat, planet-planet bagian dalam sekarang mungkin tidak memiliki orbit yang melingkar dengan baik, dan, berdasarkan asumsi saat ini tentang asal usul kehidupan, iklim Bumi mungkin berfluktuasi terlalu banyak untuk kehidupan telah muncul.
"Sementara planet-planet di tata surya kita tetap stabil selama miliaran tahun, itu bukan kasus planet-planet yang mengorbit Upsilon Andromedae," kata Ford. "Sementara planet-planet itu mungkin terbentuk mirip dengan Jupiter dan Saturnus, orbitnya saat ini terpahat oleh fase akhir interaksi yang kacau dan penuh kekerasan."
Menurut rekan Ford, Frederic A. Rasio, profesor fisika dan astronomi di Northwestern, "Hasil kami menunjukkan bahwa mekanisme sederhana, sering disebut 'planet-planet hamburan' - semacam efek ketapel akibat tarikan gravitasi mendadak antara dua planet ketika mereka sangat dekat satu sama lain - harus bertanggung jawab atas orbit yang sangat eksentrik yang diamati dalam sistem Upsilon Andromedae. Kami percaya hamburan planet-planet sering terjadi dalam sistem planet ekstrasolar, bukan hanya yang satu ini, yang dihasilkan dari ketidakstabilan yang kuat. Jadi, sementara sistem planet di sekitar bintang lain mungkin umum, jenis sistem yang dapat mendukung kehidupan, yang, seperti tata surya kita, mungkin harus tetap stabil dalam skala waktu yang sangat lama, mungkin tidak begitu umum. "
Simulasi komputer dilaporkan dalam edisi 14 April jurnal Nature oleh Ford, Rasio dan Verene Lystad, seorang mahasiswa sarjana jurusan fisika di Northwestern. Ford adalah mahasiswa Rasio di Massachusetts Institute of Technology sebelum melanjutkan studi pascasarjana di Princeton University dan tiba di UC Berkeley pada 2004.
Sistem planet di sekitar Upsilon Andromedae adalah salah satu yang paling banyak dipelajari dari 160-beberapa sistem dengan planet yang ditemukan sejauh ini di luar tata surya kita. Planet bagian dalam, "Jupiter panas" yang sangat dekat dengan bintang sehingga orbitnya hanya beberapa hari, ditemukan pada tahun 1996 oleh Geoff Marcy dari UC Berkeley dan tim pemburu planetnya. Dua planet terluar, dengan orbit memanjang yang saling mengganggu satu sama lain, ditemukan pada tahun 1999. Ketiga planet besar seperti Jupiter di sekitar Upsilon Andromedae ini terdiri dari sistem multi-planet ekstrasolar pertama yang ditemukan oleh spektroskopi Doppler.
Karena sifat yang tidak biasa dari orbit planet di sekitar Upsilon Andromedae, Marcy dan timnya telah mempelajarinya secara intens, membuat hampir 500 pengamatan - 10 kali lebih banyak daripada kebanyakan planet ekstrasurya lain yang telah ditemukan. Pengamatan ini, goyangan dalam gerakan bintang yang disebabkan oleh planet-planet yang mengorbit, memungkinkan pembuatan peta yang sangat tepat dari gerakan planet-planet di sekitar bintang.
"Pengamatan sangat tepat sehingga kita dapat menonton dan memprediksi apa yang akan terjadi selama puluhan ribu tahun di masa depan," kata Ford.
Saat ini, sementara planet terdalam berkerumun dekat dengan bintang, dua planet terluar mengorbit dalam orbit berbentuk telur. Simulasi komputer dari perubahan orbital masa lalu dan masa depan menunjukkan, bagaimanapun, bahwa planet-planet luar terlibat dalam tarian berulang yang, sekali setiap 7.000 tahun, membawa orbit planet tengah ke lingkaran.
"Sifat untuk kembali ke orbit yang sangat melingkar itu sangat luar biasa dan umumnya tidak terjadi," kata Ford. “Penjelasan alami adalah bahwa mereka pernah berdua dalam orbit melingkar, dan satu mendapat tendangan besar yang menyebabkannya menjadi eksentrik. Kemudian, evolusi selanjutnya menyebabkan planet lain menumbuhkan eksentrisitasnya, tetapi karena kekekalan energi dan momentum sudut, ia kembali secara berkala ke orbit yang nyaris melingkar. ”
Sebelumnya, para astronom telah mengusulkan dua skenario yang mungkin untuk pembentukan sistem planet Upsilon Andromedae, tetapi data pengamatan belum cukup untuk membedakan kedua model. Astronom lain, Renu Malhotra di University of Arizona, sebelumnya menyarankan bahwa hamburan planet-planet mungkin menggairahkan keanehan di Upsilon Andromedae. Tetapi penjelasan alternatif menyatakan bahwa interaksi antara planet-planet dan cakram gas yang mengelilingi bintang juga bisa menghasilkan orbit yang eksentrik. Dengan menggabungkan data pengamatan tambahan dengan model komputer baru, Ford dan koleganya mampu menunjukkan bahwa interaksi dengan cakram gas tidak akan menghasilkan orbit yang diamati, tetapi interaksi dengan planet lain secara alami akan menghasilkannya.
“Fitur utama yang membedakan antara teori-teori itu adalah bahwa interaksi dengan cakram luar akan menyebabkan orbit berubah sangat lambat, dan interaksi yang kuat dengan planet yang lewat akan menyebabkan orbit berubah dengan sangat cepat dibandingkan dengan skala waktu 7.000 tahun untuk mengorbit untuk berkembang, "kata Ford. "Karena dua hipotesis membuat prediksi yang berbeda untuk evolusi sistem, kita dapat membatasi sejarah sistem berdasarkan orbit planet saat ini."
Ford mengatakan bahwa ketika planet-planet terbentuk di dalam cakram gas dan debu, hambatan pada planet-planet akan membuat orbitnya tetap melingkar. Namun, begitu debu dan gas menghilang, hanya interaksi dengan planet yang lewat yang dapat menciptakan orbit khusus dari dua planet terluar yang diamati hari ini. Mungkin, katanya, planet yang mengganggu itu terlempar ke planet-planet bagian dalam melalui interaksi dengan planet-planet lain yang jauh dari bintang pusat.
Namun itu dimulai, interaksi kacau yang dihasilkan akan menciptakan orbit yang sangat eksentrik untuk planet ketiga, yang kemudian juga secara bertahap mengganggu orbit planet kedua. Karena planet luar mendominasi sistem, dari waktu ke waktu mengganggu orbit planet tengah cukup untuk mengubah bentuknya perlahan menjadi orbit eksentrik, yang terlihat saat ini, meskipun setiap 7.000 tahun atau lebih, planet tengah kembali secara bertahap ke lingkaran. orbit.
"Inilah yang membuat sistem jadi aneh," kata Rasio. “Biasanya, ikatan gravitasi antara dua orbit elips tidak akan membuat seseorang kembali ke lingkaran yang hampir sempurna. Lingkaran sangat istimewa. ”
"Awalnya tujuan utama penelitian kami adalah untuk mensimulasikan sistem planet Upsilon Andromedae, pada dasarnya untuk menentukan apakah dua planet terluar terletak di pesawat yang sama seperti yang dilakukan planet-planet di tata surya," kata Lystad, yang mulai bekerja dengan Rasio ketika dia masih mahasiswa tahun kedua dan melakukan banyak integrasi komputer sebagai bagian dari tesis seniornya. "Kami terkejut menemukan bahwa, untuk banyak simulasi kami, sulit untuk mengatakan apakah planet berada di pesawat yang sama karena fakta bahwa orbit planet tengah secara berkala menjadi sangat hampir melingkar. Begitu kami memperhatikan perilaku aneh ini hadir dalam semua simulasi kami, kami mengenalinya sebagai tanda dari sistem yang telah mengalami hamburan planet-planet. Kami menyadari ada sesuatu yang jauh lebih menarik daripada yang pernah ditemukan siapa pun sebelumnya. ”
Memahami apa yang terjadi selama pembentukan dan evolusi Upsilon Andromedae dan sistem planet ekstrasurya lainnya memiliki implikasi besar bagi tata surya kita.
"Begitu Anda menyadari bahwa sebagian besar planet ekstrasurya yang diketahui memiliki orbit yang sangat eksentrik (seperti planet di Upsilon Andromedae), Anda mulai bertanya-tanya apakah mungkin ada sesuatu yang istimewa tentang tata surya kita," kata Ford. “Mungkinkah penyebaran planet-planet yang kejam begitu umum sehingga beberapa sistem planet tetap tenang dan layak huni? Untungnya, para astronom - dipimpin oleh Geoff Marcy, seorang profesor astronomi di UC Berkeley - rajin membuat pengamatan yang pada akhirnya akan menjawab pertanyaan yang menarik ini. "
Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation dan Institut Miller untuk Penelitian Dasar UC Berkeley.
Sumber Asli: Rilis Berita Berkeley
