Planet ekstrasurya seukuran Neptunus ini terlalu besar dibandingkan bintang induknya

Anda menang sedikit dan kalah sedikit. Awal pekan ini, observasi yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa Webb memberikan data baru yang mendukung apa yang selama ini kita pahami tentang pembentukan planet. Pada hari Kamis, muncul kabar bahwa para astronom telah melihat sebuah planet besar yang mengorbit di dekat sebuah bintang muda, sebuah bintang yang sangat kecil sehingga tidak memiliki cukup material di sekitarnya untuk membentuk sebuah planet sebesar itu.

Ini tidak berarti bahwa planet ini “mustahil”. Namun ini berarti kita mungkin tidak sepenuhnya memahami beberapa aspek pembentukan planet.

Ketidakcocokan besar

LHS 3154, menurut standar yang masuk akal, adalah bintang kecil dan redup. Gambar yang diambil oleh tim di balik penelitian baru ini menunjukkan bahwa massa katai merah hanya 11% dari massa Matahari. Perkiraan suhunya sekitar 2.850 K, jauh di bawah suhu Matahari sebesar 5.800 K dan hampir tidak cukup hangat untuk mengeluarkannya dari kategori katai ultra-dingin. (Ya, kurcaci super keren sudah cukup pantas untuk didapatkan Entri Wikipedia mereka.)

Kami menemukan banyak planet di sekitar katai merah seperti ini. Namun sebagian besarnya kecil dan berbatu. Hal ini mungkin terjadi karena bintang-bintang muda terbentuk begitu saja di dalam piringan tanpa banyak materi. Sehingga sedikit mengejutkan ketika data menunjukkan adanya planet yang sangat besar di sekitar LHS 3154. Ia ditemukan menggunakan teleskop di Observatorium McDonald di Texas.

Para peneliti menggunakan pengukuran kecepatan radial untuk menentukan massa planet. Metode ini mendeteksi pergeseran Doppler pada cahaya bintang yang disebabkan oleh gravitasi planet yang menarik bintang tersebut lebih dekat atau lebih jauh dari Bumi, bergantung pada arah orbit planet tersebut. Cara ini hanya dapat menghitung massa minimum planet. Hal ini karena orbit planet akan miring terhadap Bumi, sehingga sebagian gravitasi planet akan keluar dari sumbunya.

Perkiraan ini menyebutkan planet yang baru ditemukan, LHS 3154b, setidaknya 13 kali massa Bumi, membuatnya sedikit lebih kecil dari Neptunus. (Sekali lagi, ini adalah perkiraan yang terlalu rendah, jadi bisa saja ukurannya lebih besar.) Planet sebesar ini jarang ditemukan di sekitar bintang sekecil ini. Jika demikian, mereka cenderung berada lebih jauh dari bintangnya dibandingkan LHS 3154b, yang hanya membutuhkan 3,7 hari untuk menyelesaikan orbitnya. Jadi LHS 3154b cukup luar biasa sehingga sepertinya memerlukan penjelasan.

Menjadi besar

Jika terdapat planet-planet besar di sekitar bintang-bintang kecil, mereka tampak terbentuk melalui fragmentasi cakram di awal proses pembentukan bintang – ini adalah proses yang sama yang membentuk bintang-bintang biner, namun dengan jumlah massa lebih rendah yang kemudian menghasilkan sebuah planet. Para peneliti menemukan bahwa LHS 3154b jauh lebih besar daripada planet yang terbentuk dalam simulasi proses ini, dan lebih dekat dengan bintang induknya.

Oleh karena itu, para peneliti menyelidiki apakah pola pembentukan planet lain dapat menghasilkan sesuatu seperti LHS 3154b. Mereka memperoleh perkiraan jumlah material dalam piringan pembentuk planet di sekitar bintang dengan massa yang mirip dengan LHS 3154. Mereka kemudian menggunakannya untuk mensimulasikan pembentukan planet baik melalui pertambahan material batuan kecil atau melalui tumbukan antar planetesimal. Umumnya hal ini gagal menghasilkan planet yang cukup besar.

Untuk terus membentuk sesuatu sebesar LHS 3154b, para peneliti harus mengubah kondisi awal sehingga terdapat 10 kali lipat jumlah materi dalam piringan pembentuk planet.

Ini merupakan indikasi bahwa model mekanisme pembentukan planet yang kita miliki saat ini tidak dapat menjelaskan setidaknya satu pengamatan kita. LHS 3154b bisa jadi sangat luar biasa, dan jika demikian, kita tidak akan berharap untuk melihatnya dalam model atau pengamatan tambahan kita. Jika Anda menggabungkan ketidakpastian dalam model dan ketidakpastian dalam pengukuran cakram, hal ini berpotensi memungkinkan adanya sesuatu seperti planet ini.

Namun para peneliti juga mempertimbangkan gagasan bahwa LHS 3154b mungkin memberi tahu kita sesuatu tentang model kita. Salah satu opsi yang mungkin menjelaskan banyak hal adalah bahwa sebagian besar materi dalam piringan pembentuk planet berbentuk kerikil berskala sentimeter, yang tidak mungkin dideteksi pada panjang gelombang yang kita gunakan untuk mempelajari piringan ini.

Alasan lainnya adalah adanya ketidakcocokan waktu antara waktu ketika kita cenderung mendapatkan gambar yang bagus dari piringan pembentuk planet dan waktu ketika pembentukan planet benar-benar terjadi. Jumlah material dalam piringan pembentuk planet diperkirakan akan berkurang seiring berjalannya waktu, karena bintang yang baru terbentuk memanas dan mengeluarkan material. Jika inti batuan LHS 3154b terbentuk cukup awal, ia dapat terus menangkap material bahkan setelah piringan mulai menipis sesuai dengan jenis kepadatan material yang digunakan dalam simulasi ini.

Cara termudah untuk melihat kemungkinan mana yang akan membantu menjelaskan LHS 3154b adalah dengan melakukan observasi lebih lanjut terhadap katai merah. Hal ini akan memberi tahu kita apakah ada planet serupa lainnya dan mungkin membantu menjelaskan berapa banyak materi yang ada di piringan pembentuk planet.

Sains, 2023. DOI: 10.1126/science.abo0233 (Tentang ID digital).