Atmosfer Planet Jupiter Panas, 51 Pegasi b

Ada air di exoplanet 51 Pegasi b!

Jangan bayangkan air seperti di Bumi. Yang ditemukan bukan lautan. Apalagi di planet gas raksasa seperti Jupiter. Air yang dimaksud adalah molekul air di atmosfer.

51 Pegasi b atau 51 Peg b memang bukan exoplanet pertama yang diketahui memiliki molekul air di atmosfernya. Tapi kehadiran air di atmosfer 51 Peg b menjadi salah satu langkah penting untuk bisa mendeteksi komponen penyusun atmosfer pada exoplanet non-transit. Exoplanet 51 Peg b merupakan planet non transit pertama yang berhasil diketahui memiliki molekul air. Penemuan ini pertama kali dirilis pada tahun 2013 oleh M. Brogi dan I. A. G. Snellen dari Universitas Leiden pada tahun 2013.

Pendeteksian dengan teknik yang sama juga dilakukan untuk mengetahui atmosfer exoplanet Tau Boötis b yang dirilis pada tahun 2014.  Saat itu para astronom berhasil menemukan uap air serta keberadaan karbon monoksida di planet tersebut. Di tahun 2017, konfirmasi ulang keberadaan molekul air di 51 Peg b berhasil dilakukan oleh Jayne Birkby dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics bersama R. J. de Kok dari Universitas Leiden dan SRON,  M. Brogi yang kali ini berafiliasi dengan Center for Astrophysics and Space Astronomy, University of Colorado di Boulder serta H. Schwarz dan  I. A. G. Snellen dari Universitas Leiden.

Tapi, apa susahnya mendeteksi atmosfer pada planet non transit?

Jika dibandingkan dengan bintang, planet ukurannya sangat kecil. Dan kalau kita lihat dari Bumi, bintang yang sangat besar hanya tampak seperti titik terang di langit malam, karena jaraknya yang jauh. Jika bintang tampak sebagai benda titik, bagaimana kita bisa mengenali planet yang jauh lebih kecil dari bintang di dekat bintang tersebut?

Untuk menemukan planet di bintang lain, para astronom melakukan deteksi tidak langsung. Artinya, para astronom melihat perubahan yang terjadi pada bintang untuk mengetahui keberadaan planet. Dua cara yang paling sering digunakan adalah dengan melihat goyangan bintang sebagai akibat interaksi gravitasi dan melihat kedipan bintang ketika planet transit atau lewat di depan bintang.

Untuk mengetahui atmosfer juga lebih mudah dengan metode transit. Saat planet transit, cahaya bintang terhalang oleh planet. Tapi cahaya bintang yang lolos di sekeliling planet akan membawa jejak informasi terkait kandungan atmosfer planet tersebut. Dengan membandingkan spektrum bintang sebelum dan sesudah transit planet, kita bisa mengetahui apa yang ada di atmosfer planet.

Menjejak Atmosfer 51 Pegasi b
Exoplanet 51 Pegasi b selama ini kita kenal sebagai exoplanet pertama yang ditemukan di bintang serupa Matahari, yang menandai kebangkitan era extrasolar planet. Seperti namanya, 51 Peg b mengorbit bintang 51 Pegasi yang jaraknya 47,9 tahun cahaya dari Bumi di Rasi Pegasus. Exoplanet pertama yang jadi tonggak sejarah penemuan ribuan exoplanet lainnya itu berada sangat dekat dengan bintang induknya. Jaraknya hanya 0,052 AU, jauh lebih dekat dari jarak Merkurius. Pada jarak sedekat itu, 51 Peg b hanya butuh 4,23 hari untuk mengitari sang bintang. Yang unik, planet satu ini merupakan planet raksasa serupa Jupiter. Jarak yang sangat dekat membuat 51 Peg b memiliki suhu yang panas.

Setelah ditemukan pada tahun 1995 lewat metode kecepatan radial, 20 tahun kemudian, planet ini berhasil diamati dalam cahaya tampak. Dan di tahun 2017, astronom Jayne Birkby bersama timnya berhasil mengamati keberadaan molekul air di atmosfer 51 Peg b.

Karena 51 Peg b bukan planet yang bisa transit di depan bintang induknya, para astronom meneliti atmosfer planet ini dengan mengamati perubahan kecepatan radial bintang. Pengamatan dilakukan dengan Cryogenic High-resolution InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES) yang dipasang di Very Large Telescope (VLT), Chile.

Pengamatan dilakukan selama 4 jam dari 4,23 hari periode orbit 51 Peg b untuk melihat perubahan kecepatan radial pada sisi siang planet tersebut. Dari hasil pengamatan selama 3 malam, para astronom berhasil melihat pergeseran planet yang mendekat dan menjauhi pengamat di Bumi pada spektrum. Ada 42 spektrum yang diperoleh dan pada spektrum, tampak jelas pergeseran kecepatan radial garis serapan air. Hasilnya, ditemukan 5,6?  molekul air di atmosfer exoplanet Jupiter panas 51 Pegasi b.

Selain air, pencarian jejak molekul kimiawi lainnya juga ditelusuri. Yang dicari adalah molekul gas yang mengandung karbon maupun oksigen seperti karbondioksida maupun metana. Akan tetapi, hasil pengamatan tidak memperlihatkan tanda kehadiran senyawa karbon maupun metana dalam jumlah yang diharapkan di planet ini. Hasil lainnya, kecepatan rotasi 51 Peg b cukup lambat, tidak lebih dari 5,8 km/detik.

Dari spektrum yang dihasilkan dalam pengamatan 51 Peg b, para astronom menyimpulkan kalau pasangan bintang dan planet ini berlaku seperti halnya pasangan bintang ganda spektroskopik bergaris ganda. Spektrum dari kedua komponen dalam hal ini bintang dan planet dapat diamati dan pergeseran garis spektrum bintang dan planet bergerak ke arah berlawanan. Karena itu sistem ini dikenal juga sebagai 51 Peg Ab, yang memperlihatkan kalau pasangan bintang ganda ini terdiri dari sebuah bintang (51 Peg A) dan sebuah planet (51 Peg b).

Keberhasilan pengamatan atmosfer 51 Peg b jadi catatan penting dalam sejarah untuk pengamatan atmosfer exoplanet non transit di masa depan. Dari hasil perhitungan, 51 Peg b seharusnya mengalami penguncian gravitasi dan hanya satu sisi saja yang selalu berhadapan dengan bintang. Akan tetapi, untuk bisa mengkonfirmasi teori tersebut, butuh teleskop resolusi tinggi. Jadi, mari kita tunggu pengamatan 51 Pegasi b dengan teleskop yang lebih mumpuni di masa depan.

Acknowledgement: Penulis juga mengucapkan terimakasih untuk Stevanus Kristianto Nugroho untuk diskusinya.