Teknik Baru Menelusuri Atmosfer Exoplanet

Bagaimana para astronom bisa mengetahui atmosfer exoplanet kalau untuk bisa mendeteksi keberadaan exoplanet saja kita tidak bisa langsung melihat si planet? Pertanyaan ini tentunya yang mengusik benak banyak orang ketika mendengar astronom memaparkan bisa mengetahui komposisi atmosfer sebuah exoplanet nun jauh di dunia yang jauh…

Salah satu cara pengamatan exoplanet adalah dengan metode transit. Itu loh seperti transit venus sebulan lalu ketika Venus melintas di depan Matahari. Demikian juga exoplanet. Ia dideteksi ketika lewat di depan bintang induknya. Dengan cara ini, selain bisa mengetahui keberadaan sebuah planet, para astronom juga dapat mengetahui komposisi atmosfernya.

Caranya?

Exoplanet itu sangat redup jadi cahayanya tidak bisa kita lihat langsung. Yang kita lihat adalah cahaya bintang induknya. Ketika planet sedang melintas, cahaya bintang yang mengarah ke Bumi akan melewati atmosfer si planet di depannya. Ketika itu terjadi, sidik atmosfer si planet aka akan tercampur dalam cahaya bintang yang kita terima. Dari sini para astronom dapat menganalisa mana yang merupakan komposisi atmosfer planet.

Tapi planet yang transit itu tidaklah banyak, karena untuk melihat transit planet yang melintas di depan bintang itu haruslah berada segaris dengan pengamat di Bumi. Bagaimana mengetahui atmosfer di planet yang tidak melintasi bintang induknya?

Para astronom yang melakukan penelitian pada exoplanet Tau Boötis b punya jawabannya.  Mereka menggunakan sebuah teknik baru untuk bisa mempelajari atmosfer exoplanet secara detil tanpa si planet harus melintas di depan bintang induknya!

Tau Boötis b
Dengan menggunakan Very Large Telescope (VLT) milik ESO, tim astronom internasional berhasil melihat langsung pendaran lemah planet Tau Boötis b.

Planet Tau Boötis b merupakan salah satu exoplanet pertama yang ditemukan pada tahun 1996 dan ia juga masih merupakan exoplanet terdekat yang sudah ditemukan. Meskipun bintang induknya mudah dilihat dengan mata bugil, planetnya tentu saja sangat sulit dilihat. Dan sampai saat ini, planet Tau Boötis b hanya bisa dideteksi dari efek gravitasi yang ia timbulkan pada bintang. Planetnya sendiri tergolong planet “Jupiter panas” aka planet gas raksasa yang mengitari bintang induknya dari jarak sangat dekat.

Exoplanet Tau Boötis b ini sama dengan kebanyakan exoplanet lainnya. Ia tidak melintas di depan bintang induknya atau tidak mengalami transit. Jadi, tidak akan ada sidik cahaya planet yang terbawa dalam cahaya bintang. Artinya, sebelumnya atmosfer Tau Boötis b belum bisa dipelajari.

Tapi, setelah 15 tahun perlahan misteri si atmosfer mulai terkuak. Maksutnya, para astronom sudah dapat mengetahui komposisi atmosfernya dengan mempelajari pendaran lemah aka cahaya yang sangat redup yang dipancarkan oleh exoplanet Jupiter panas tersebut.  Selain itu mereka juga bisa menghitung massanya dengan akurat untuk pertama kalinya.

Teknik Mengamati Atmosfer Exoplanet
Dalam penelitian ini, para astronom menggunakan CRIRES(CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer) sebuah instrumen yang dipasang di VLT milik ESO di Observatorium Paranal, Chille.

Para astronom menggabungkan pengamatan inframerah kualitas tinggi (pada panjang gelombang sekitar 2,3 mikron) dengan trik baru yang cerdas yang dapat mendeteksi sinyal lemah si planet dari sinyal bintang yang lebih kuat.

Pada panjang gelombang inframerah, bintang induk memancarkan cahaya yang lebih sedikit dibanding pada panjang gelombang tampak. Karena itu pengamatan pada panjang gelombang inframerah memberi keuntungan untuk bisa memisahkan sinyal redup planet dari bintangnya.

Tapi untuk bisa memisahkan dan mengenali cahaya lemah Tau Boötis b , metode yang digunakan  astronom memanfaatkan kecepatan planet mengorbit bintang induknya untuk memisahkan radiasinya dari bintang dan juga dari fitur yang datang dari atmosfer Bumi. Tim yang sama pernah menguji metode mereka pada planet yang sedang transit dengan mengukur kecepatan orbitnya saat melintas piringan bintang.

Hasilnya, tim yang dipimpin oleh Matteo Brogi (Leiden Observatory, the Netherlands) tersebut berhasil mempelajari spektrum sistem Tau Boötis dengan lebih detil dan berhasil mempelajari 0,01% cahaya yang datang dari planet. Hanya 0,01% sedangkan cahaya sisanya merupakan cahaya bintang! Tentunya ini tak lepas dari kemampuan instrumentasi CRIRES yang digunakan.

Atmosfer Tau Boötis b
Sebagian besar planet di bintang lain, ditemukan dengan melihat efek gravitasi yang mereka timbulkan pada bintang induknya. Dengan demikian informasi yang didapat akan sangat terbatas. salah satunya informasi massa planet sehingga selama ini massa yang dihitung adalah massa minimum yang dimungkinkan dan bukan massa benar planet.

Teknik baru yang digunakan tersebut jadi salah satu kunci untuk bisa mengungkap lebih banyak informasi dari planet yang diamati. Dengan melihat cahaya planet secara langsung, para astronom dapat mengukur sudut orbit planet dan bisa menentukan massanya dengan tepat.  Inilah yang dilakukan pada planet Tau Boötis b.

Para astronom menelusuri perubahan gerak Tau Boötis b saat ia mengitari bintang induknya sehingga tim berhasil mengetahui kalau Tau Boötis b mengitari bintang pada sudut 44 derajat dan massanya 6 kali massa Jupiter.  Besar sekali kan planetnya?

Selain mendeteksi pendar atmosfer dan mengukur massa Tau Boötis b, tim peneliti juga menelusuri komposisi atmosfernya serta mengukur jumlah karbon monoksida yang ada dan menghitung temperatur pada berbagai ketinggian. Ini dilakukan untuk melakukan perbandingan antara hasil pengamatan dan model teoretis. Hasilnya cukup mengejutjan karena pengamatan terbaru mengindikasikan temperatur yang makin tinggi dengan penurunan ketinggian. Hasil ini bertolak belakang dengan inversi temperatur yakni temperatur meningkat selaras dengan ketinggian seperti yang ditemukan pada exoplanet Jupiter panas lainnya.

Hasil pengamatan VLT menunjukkan kalau spektroskopik resolusi tinggi dari teleskop landas Bumi juga merupakan alat penting untuk melakukan analisa detil atmosfer dari exoplanet non-transit.  Di masa depan, pendeteksian molekul berbeda akan dapat digunakan untuk mempelajari kondisi atmosfer. Dan dengan melakukan pengukuran pada orbit planet, astronom bisa juga menelusuri perubahan atmosfer yang terjadi kala pagi dan siang di exoplanet.

Tak hanya itu, keberhasilan pengamatan VLT sekaligus juga menetapkan betapa pentingnya teleskop landas Bumi seperti European Extremely Large Telescope (E-ELT) yang direncanakan akan dibangun di Observatorium Paranal, Chille di masa mendatang.  Tidak mengherankan jika di masa depan kita bisa menemukan bukti aktivitas biologi di sebuah planet serupa Bumi dengan cara yang serupa.

Versi anak-anak dari artikel ini dapat dibaca di Ide yang Tercetus untuk Mempelajari Planet Redup
Sumber : ESO