Data dari Kepler mengungkap mengapa planet ekstrasurya menyusut

Di seluruh alam semesta, terdapat miliaran — bahkan mungkin triliunan — planet ekstrasurya yang mengorbit bintang dengan berbagai bentuk, ukuran, warna, dan banyak lagi. Seperti bintang yang diorbitnya, exoplanet juga mempunyai berbagai bentuk, ukuran, dan warna. Para ilmuwan mengklasifikasikan exoplanet ke dalam empat kelompok: gas raksasa, super-Earth, sub-Neptunus, dan terrestrial.

Menariknya, di antara lebih dari 5.000 eksoplanet yang ditemukan dan dikatalogkan oleh NASA, Badan Antariksa Eropa, dan badan-badan lainnya, tidak ada eksoplanet yang berukuran 1,5 hingga 2 kali ukuran Bumi (antara super-Earth dan sub-Neptunus). ). ). Dalam studi baru yang menggunakan data dari Teleskop Luar Angkasa Kepler milik NASA yang sekarang sudah tidak digunakan lagi, para ilmuwan mungkin telah menemukan petunjuk mengapa kesenjangan ukuran ini ada, yaitu ketika inti planet ekstrasurya mendorong atmosfernya menjauh dari dalam ke luar.

“Para ilmuwan kini telah mengonfirmasi penemuan lebih dari 5.000 eksoplanet, namun jumlah planet yang ada lebih sedikit dari perkiraan, berkisar antara 1,5 hingga dua kali diameter Bumi. Para ilmuwan eksoplanet kini memiliki cukup data untuk mengatakan bahwa kesenjangan ini bukan sekadar kebetulan,” ujarnya. mengatakan, “Ada sesuatu yang terjadi yang mencegah planet mencapai dan/atau mempertahankan ukuran tersebut,” kata pemimpin ilmu pengetahuan NASA Exoplanet Archive dan penulis utama Jesse Christiansen dari California Institute of Technology.

Seperti disebutkan sebelumnya, kesenjangan ukuran exoplanet terletak antara ukuran planet super-Earth dan sub-Neptunus. Para ilmuwan percaya bahwa eksoplanet Neptunus kemungkinan besar menjadi penyebab kesenjangan ukuran tersebut, karena penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa subplanet Neptunus rentan kehilangan atmosfer. Planet ekstrasurya dapat kehilangan atmosfernya jika tidak memiliki cukup massa, sehingga tidak memiliki gaya gravitasi yang cukup, untuk mempertahankan atmosfernya. Jika teori hilangnya atmosfer ini benar dan planet-planet sub-Neptunus tidak memiliki massa yang cukup untuk mempertahankan atmosfernya, kemungkinan besar planet-planet tersebut akan menyusut menjadi sebesar super-Bumi, yang akan menjelaskan kesenjangan ukuran antara super-Earth dan sub-planet. Neptunus.

Namun, proses pasti hilangnya atmosfer planet sub-Neptunus masih menjadi misteri selama bertahun-tahun. Dua teori utama adalah kehilangan massa energi inti dan fotoevaporasi. Studi Kepler baru dari Christiansen et al. Dia menunjukkan bukti teori pertama: kehilangan massa dengan energi fundamental.

Seperti disebutkan sebelumnya, hilangnya massa yang disebabkan oleh inti adalah proses yang menyebabkan inti planet mendorong atmosfer planet keluar dari dalam. Fenomena ini terjadi ketika radiasi dari inti panas suatu planet berinteraksi dengan atmosfer planet sehingga menyebabkan atmosfer menghilang secara perlahan.

Teori lain di balik hilangnya atmosfer di planet sub-Neptunus adalah fotoevaporasi, yang terjadi ketika radiasi dari bintang induk planet ekstrasurya, seperti angin matahari dan suar, menghempaskan atmosfer di sekitar planet ekstrasurya. “Radiasi energi tinggi dari bintang bertindak seperti pengering rambut pada es batu,” kata Dr. Christiansen.

Para ilmuwan percaya bahwa fotoevaporasi terjadi pada 100 juta tahun pertama kehidupan sebuah planet ekstrasurya, sedangkan hilangnya massa dari inti diperkirakan terjadi jauh setelahnya, yaitu sekitar satu miliar tahun setelah pembentukan planet tersebut. Apa pun yang terjadi, jika planet tidak mempunyai massa yang cukup, ia akan kehilangan atmosfernya dan menyusut.

Kesan seniman tentang planet ekstrasurya Neptunus yang kehilangan atmosfernya akibat fotoevaporasi. (Kredit: Observatorium WM Keck/Adam Makarenko)

Selama penelitian, Christiansen dkk. Tim tersebut menggunakan data dari misi K2 NASA, sebuah misi perluasan teleskop luar angkasa Kepler, yang dihentikan pada tahun 2018. Tim tersebut menggunakan data yang dikumpulkan oleh Kepler mengenai gugus bintang Praesepe dan Hyades, yang berusia antara 600 juta hingga 800 juta tahun. masing-masing.

Mengingat bahwa planet-planet ekstrasurya ini diperkirakan memiliki usia yang sama dengan bintang induknya, Christiansen dkk. Mereka tahu bahwa jika mereka mengamati eksoplanet di dalam gugus bintang, planet-planet tersebut harus cukup tua untuk mengalami fotoevaporasi, namun masih terlalu muda untuk mengalami kehilangan massa energi pusat. Tim berharap jika mereka melihat sejumlah besar planet sub-Neptunus di gugus bintang, mereka dapat menyimpulkan bahwa fotoevaporasi tidak terjadi, artinya hilangnya massa akibat energi fundamental akan menjadi penjelasan utama di balik hilangnya atmosfer di sub-Neptunus. Planet Neptunus.

Lantas, apa yang ditemukan tim dalam data K2?

Christiansen dkk. Ditemukan bahwa hampir semua bintang di Praecipe dan Haades masih mengandung planet sub-Neptunus atau exoplanet lain dengan atmosfer yang mengorbit di sekitarnya. Setelah menyelidiki ukuran exoplanet di sekitar bintang, tim yakin bahwa banyak exoplanet yang masih memiliki atmosfer.

Kehadiran exoplanet di sekitar bintang-bintang ini berbeda dengan bintang-bintang tua yang diamati oleh K2, yang berusia lebih dari 800 juta tahun. Dari bintang-bintang tua tersebut, hanya 25% yang ditemukan memiliki sub-Neptunus di orbitnya. Menariknya, usia yang lebih tua dari bintang-bintang ini mendekati kerangka waktu di mana diperkirakan terjadi hilangnya massa energi secara mendasar.

Gambar gugus bintang Praecipe. (Kredit: Stuart Heggie)

Hasil Christiansen et al. memungkinkan tim untuk menyimpulkan bahwa fotoevaporasi tidak dapat terjadi di dalam Prasepe dan Hyades, karena akan ada sangat sedikit exoplanet dengan atmosfer di dalam gugus bintang jika fotoevaporasi terjadi. Artinya, hilangnya massa akibat energi fundamental adalah teori utama di balik hilangnya atmosfer di planet sub-Neptunus.

Dibutuhkan Christiansen dkk. Butuh waktu lebih dari lima tahun untuk membuat katalog exoplanet yang digunakan dalam penelitian ini. Meskipun temuan tim ini cukup meyakinkan, masih banyak yang harus dipelajari tentang fotoevaporasi dan hilangnya massa energi inti. Selain itu, penelitian yang akan datang mengenai planet-planet Neptunus dan hilangnya atmosfer di planet-planet ekstrasurya akan menguji temuan Christiansen dkk.

Hasil Christiansen dkk dipublikasikan di Majalah astronomi Pada tanggal 15 November.

(Gambar utama: Kesan seniman terhadap planet ekstrasurya sub-Neptunus TOI-421 b. Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, dan D. Player (STScI))