Satu generasi yang lalu, gagasan tentang planet yang mengorbit bintang jauh masih berada di ranah fiksi ilmiah. Tetapi sejak penemuan planet ekstrasurya pertama pada tahun 1988, kami telah menemukan ratusan di antaranya, dengan penemuan yang datang pada tingkat yang lebih cepat dari waktu ke waktu.
Konten terkait
- Mungkin Ada Planet Bumi Yang Lebih Seperti Bumi Daripada Yang Kita Bayangkan
- 5 Planet Terkeren yang Mengorbit Bintang Jauh
Bulan lalu, dalam satu pengumuman, para astronom NASA mengungkapkan penemuan 715 planet yang sebelumnya tidak diketahui dalam data yang dikumpulkan oleh Teleskop Luar Angkasa Kepler, sehingga jumlah total planet yang diketahui menjadi 1771., ada yang penuh air, ada yang berukuran kira-kira seukuran Bumi dan ada yang dua kali lebih besar dari Jupiter.
Tetapi sebagian besar dari semua planet yang jauh ini memiliki satu kesamaan — dengan beberapa pengecualian, mereka terlalu jauh untuk kita lihat, bahkan dengan teleskop kita yang paling kuat. Jika itu masalahnya, bagaimana para astronom tahu mereka ada di sana?
Selama beberapa dekade terakhir, para peneliti telah mengembangkan berbagai teknik untuk menemukan banyak planet di luar tata surya kita, sering digunakan dalam kombinasi untuk mengkonfirmasi penemuan awal dan mempelajari lebih lanjut tentang karakteristik planet ini. Inilah penjelasan tentang metode utama yang digunakan sejauh ini.
Transit
Bayangkan melihat sebuah planet kecil yang mengorbit bintang yang jauh, jauh sekali. Kadang-kadang, planet ini bisa lewat di antara Anda dan bintangnya, menghalangi beberapa cahaya bintang. Jika peredupan ini terjadi dengan frekuensi yang cukup, Anda mungkin dapat menyimpulkan keberadaan planet ini, bahkan jika Anda tidak dapat melihatnya.
(Gambar melalui Wikimedia Commons / Nikola Smolenski) Ini, pada intinya, adalah metode transit untuk mendeteksi planet ekstrasurya, yang bertanggung jawab atas sebagian besar penemuan planet kita sejauh ini. Tentu saja, untuk bintang yang jauh, tidak mungkin mata telanjang manusia akan mampu mendeteksi peredupan dalam jumlah cahaya yang kita lihat dengan andal, jadi para ilmuwan mengandalkan teleskop (terutama teleskop luar angkasa Kepler) dan instrumen lain untuk mengumpulkan dan menganalisis data ini.
Jadi, bagi seorang astronom, "melihat" sebuah planet ekstrasurya jauh melalui metode transit umumnya berakhir seperti ini:
Jumlah cahaya dari bintang yang jauh, yang digambarkan, mencelupkan saat planet transit di antaranya dan kita. (Gambar melalui Wikimedia Commons / Сам посчитал) Dalam beberapa kasus, jumlah peredupan yang disebabkan oleh planet yang lewat di antara bintangnya dan kita juga dapat memberi tahu para astronom perkiraan kasar ukuran planet itu. Jika kita mengetahui ukuran bintang dan jarak planet dari itu (yang terakhir ditentukan oleh metode deteksi lain, kecepatan radial, lebih rendah ke bawah pada daftar ini), dan kita amati bahwa planet tersebut memblokir persentase tertentu dari cahaya bintang, kita dapat menghitung jari-jari planet hanya berdasarkan nilai-nilai ini.
Namun, ada kelemahan pada metode transit. Sebuah planet harus disejajarkan dengan benar agar bisa lewat di antara kita dan bintangnya, dan semakin jauh orbitnya, semakin rendah peluang penyelarasan ini. Perhitungan menunjukkan bahwa untuk planet seukuran Bumi yang mengorbit bintangnya pada jarak yang sama dengan yang kita orbitkan di planet kita (sekitar 93 juta mil), hanya ada peluang 0, 47 persen bahwa planet itu akan disejajarkan dengan benar untuk menyebabkan peredupan.
Metode ini juga dapat menyebabkan sejumlah besar positif palsu - episode peredupan yang kami identifikasi sebagai planet transit tetapi pada akhirnya disebabkan oleh sesuatu yang sama sekali berbeda. Satu studi menemukan bahwa sebanyak 35 persen dari planet besar, yang mengorbit dekat yang diidentifikasi dalam data Kepler sebenarnya tidak ada, dan peredupan dikaitkan dengan debu atau zat lain yang terletak di antara kita dan bintang. Dalam kebanyakan kasus, para astronom berusaha mengonfirmasi planet yang ditemukan melalui metode ini dengan metode lain dalam daftar ini.
Kecerahan Orbital
Dalam beberapa kasus, sebuah planet yang mengorbit bintangnya menyebabkan jumlah cahaya yang mencapai Bumi naik, bukannya turun. Secara umum, ini adalah kasus-kasus di mana planet ini mengorbit sangat dekat, sehingga dipanaskan sampai tingkat yang memancarkan jumlah radiasi termal yang dapat dideteksi.
Meskipun kita tidak dapat membedakan radiasi ini dari radiasi bintang itu sendiri, sebuah planet yang mengorbit di jalur yang benar akan terpapar kepada kita dalam urutan tahapan yang teratur (mirip dengan fase bulan), begitu teratur, berkala meningkat dalam jumlah cahaya yang diterima teleskop ruang angkasa dari bintang-bintang ini dapat digunakan untuk menyimpulkan keberadaan sebuah planet.
Mirip dengan metode transit, lebih mudah untuk mendeteksi planet besar yang mengorbit dekat bintang mereka dengan teknik ini. Meskipun hanya beberapa planet yang telah ditemukan hanya menggunakan metode ini sejauh ini, itu mungkin berakhir menjadi metode yang paling produktif jangka panjang, karena tidak memerlukan planet ekstrasurya untuk lewat langsung di antara kita dan bintang untuk kita deteksi itu, membuka berbagai kemungkinan penemuan yang jauh lebih luas.
Kecepatan Radial
Di sekolah dasar, kita diajarkan bahwa tata surya adalah bintang yang tidak bergerak yang dikelilingi oleh planet yang mengorbit, asteroid, dan puing-puing lainnya secara perlahan. Namun, kebenarannya sedikit lebih rumit: Karena tarikan gravitasi dari planet-planet, bintang itu bergoyang jauh dari pusat gravitasi sistem dengan sedikit:
(Gambar melalui Wikimedia Commons / Zhatt) Fenomena seperti ini: sebuah planet besar, jika memiliki massa yang cukup, mungkin dapat menarik bintang ke arahnya, menyebabkan bintang itu bergerak dari menjadi pusat tepat tata surya yang jauh. Jadi pergeseran periodik, dapat diprediksi namun masih dalam posisi bintang dapat digunakan untuk menyimpulkan keberadaan sebuah planet besar di dekat bintang itu.
Para astronom telah memanfaatkan fenomena ini untuk mendeteksi ratusan planet ekstrasurya. Sampai baru-baru ini, ketika dilampaui oleh transit, metode ini (disebut kecepatan radial) bertanggung jawab atas sebagian besar exoplanet yang ditemukan.
Mungkin tampak sulit untuk mengukur pergerakan kecil bintang-bintang yang jauhnya ratusan tahun cahaya, tetapi ternyata para astronom dapat mendeteksi ketika sebuah bintang berakselerasi ke (atau menjauh dari) Bumi dengan kecepatan serendah satu meter per detik karena efek Doppler.
Efeknya adalah fenomena gelombang (apakah suara, cahaya tampak, atau bentuk lain dari energi elektromagnetik) yang nampak sedikit lebih tinggi frekuensinya ketika objek yang memancarkannya bergerak ke arah pengamat, dan sedikit lebih rendah ketika bergerak menjauh. Anda pernah mengalaminya secara langsung jika Anda pernah mendengar rengekan tinggi dari sirene ambulans yang mendekat diganti dengan nada yang sedikit lebih rendah saat mobil itu pergi.
Ganti ambulans dengan bintang yang jauh dan bunyi sirene dengan cahaya yang dipancarkannya, dan Anda sudah cukup tahu. Dengan menggunakan spektrometer, yang mengukur frekuensi cahaya tertentu yang dipancarkan oleh bintang, para astronom dapat mencari perubahan nyata, yang menunjukkan bahwa bintang tersebut bergerak sedikit lebih dekat dengan kita atau bergerak sedikit menjauh.
Tingkat pergerakan bahkan dapat mencerminkan massa planet ini. Ketika dikombinasikan dengan jari-jari planet (dihitung melalui metode transit), ini dapat memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan kepadatan planet, dan dengan demikian komposisinya (jika itu adalah gas raksasa atau planet berbatu, misalnya).
Metode ini juga tunduk pada batasan: jauh lebih mudah untuk menemukan planet yang lebih besar yang mengorbit bintang yang lebih kecil, karena planet seperti itu memiliki dampak yang lebih tinggi pada pergerakan bintang. Planet-planet berukuran Bumi yang relatif kecil kemungkinan akan sulit dideteksi, terutama pada jarak yang jauh.
Pencitraan Langsung
Dalam beberapa kasus yang jarang terjadi, para astronom dapat menemukan exoplanet dengan cara yang paling sederhana: dengan melihatnya.
Tiga planet besar - kemungkinan lebih besar dari Jupiter - secara langsung dicitrakan mengorbit bintang HR8799 pada 2010. (Bintang itu sendiri diblokir dengan coronagraph. (Gambar via NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory) Kasus-kasus ini sangat jarang karena beberapa alasan. Untuk dapat membedakan sebuah planet dari bintangnya, ia harus relatif jauh darinya (mudah untuk membayangkan bahwa Merkurius, misalnya, tidak dapat dibedakan dari Matahari dari jauh). Tetapi jika sebuah planet terlalu jauh dari bintangnya, itu tidak akan memantulkan cukup cahaya bintang untuk dapat terlihat sama sekali.
Planet ekstrasurya yang paling dapat dilihat dengan teleskop adalah besar (seperti Jupiter) dan sangat panas, sehingga mereka mengeluarkan radiasi infra merah sendiri, yang dapat dideteksi oleh teleskop dan digunakan untuk membedakannya dari bintang-bintang mereka. Planet yang mengorbit katai coklat (objek yang secara teknis tidak diklasifikasikan sebagai bintang, karena mereka tidak cukup panas atau masif untuk menghasilkan reaksi fusi, dan karenanya mengeluarkan sedikit cahaya) juga dapat dideteksi dengan lebih mudah.
Pencitraan langsung juga telah digunakan untuk mendeteksi beberapa planet jahat yang sangat besar — planet-planet yang mengambang bebas di ruang angkasa, alih-alih mengorbit bintang.
Lensa gravitasi
Semua metode sebelumnya dalam daftar ini masuk akal bagi non-ilmuwan pada tingkat intuitif. Lensa gravitasi, yang digunakan untuk menemukan beberapa exoplanet, membutuhkan pemikiran yang lebih abstrak.
Bayangkan satu bintang yang sangat jauh, dan bintang yang lain sekitar setengahnya dan Bumi. Pada saat-saat langka, kedua bintang mungkin hampir berbaris, hampir tumpang tindih satu sama lain di langit malam. Ketika ini terjadi, gaya gravitasi bintang yang lebih dekat bertindak seperti lensa, memperbesar cahaya yang masuk dari bintang yang jauh ketika lewat di dekatnya untuk mencapai kita.
Simulasi pelapisan gravitasi, menunjukkan cahaya yang datang dari galaksi yang jauh sebentar diperbesar oleh lubang hitam di jalan tengah. (Gambar melalui Urbane Legend) Jika sebuah bintang yang memiliki sebuah planet di dekat orbit berfungsi sebagai lensa gravitasi, medan gravitasi planet itu dapat menambah sedikit kontribusi tetapi dapat dideteksi untuk peristiwa pembesaran. Jadi, dalam beberapa kasus yang jarang terjadi, para astronom telah dapat menyimpulkan keberadaan planet-planet yang jauh dengan cara mereka memperbesar cahaya bintang-bintang yang bahkan lebih jauh.
Grafik penemuan planet ekstrasurya berdasarkan tahun, dengan metode pendeteksian yang diwakili oleh warna. Hijau = transit, biru = kecepatan radial, merah = pencitraan langsung, oranye = pelensaan gravitasi. (Gambar melalui Wikimedia Commons / Aldaron)
