Selubung Gas Primitif di Exoplanet Neptunus Panas

Ada air di atmosfer exoplanet Neptunus panas yang jaraknya 437 tahun cahaya dari Bumi.

Si Planet Neptunus Panas

Dulu kita berandai-andai apakah ada planet di bintang lain. Setelah berabad-abad mencari tahu, saat ini 3610 planet di bintang lain telah berhasil dikonfirmasi keberadaannya oleh para astronom. Tidak mudah, tapi 22 tahun terakhir ini menjadi era kebangkitan pengamatan exoplanet.

Tapi, sejak awal penemuan exoplanet, para astronom sudah diberi kejutan yang menyenangkan. Planet pertama ditemukan di pulsar pada tahun 1992. Planet kedua, 51 Pegasi b yang jadi kebangkitan era exoplanet, merupakan sebuah planet mirip Jupiter yang berada sangat dekat dengan bintang. Si Jupiter panas.

Tahun-tahun berikutnya, ada planet Bumi super yang berada di batas antara planet batuan dan gas. Juga ada planet Neptunus panas, yang mirip Neptunus tapi berada sangat dekat dengan bintang induknya. Berbeda dengan Neptunus yang mengorbit pada jarak 30 AU dari Matahari. Exoplanet serupa Neptunus ini meskipun cukup umum tapi periode orbitnya berbeda dari planet yang kita kenal di Tata Surya. Selain planet-planet raksasa, planet-planet berukuran kecil pun semakin banyak yang ditemukan.

Meskipun sudah ribuan planet yang ditemukan, tidak banyak yang diketahui tentang astmosfer planet-planet ini. Pengetahuan tentang atmosfer sangat penting. Dari atmosfer, kita bisa mengetahui komposisi planet dan menelusuri sejarah pembentukannya.

Tidak mudah memang untuk bisa mengamati atmosfer exoplanet. Bintangnya saja hanya berupa titik, apalagi planet yang jauh lebih kecil dari si bintang induk. Tapi bukan tidak mungkin.

Dengan metode transit, astronom bisa mengenali atmosfer exoplanet. Spektrum cahaya menjadi sidik jari yang tidak terbantahkan dari dunia asing tersebut. Ketika exoplanet transit melintasi bintang induk, gas yang ada di atmosfer akan menyerap cahaya bintang pada panjang gelombang tertentu. Jejak serapan yang ditinggalkan pada cahaya bintang akan menjadi sidik jari komponen penyusun atmosfer pada spektrum yang diterima pengamat.

Air & Awan

Kali ini, para astronom melakukan pengamatan untuk mencari tahu keberadaan atmosfer dan elemen penyusunnya pada exoplanet HAT-P-26b. Pengamatan dilakukan dengan teleskop Hubble dan Spitzer. Hasilnya, ada jejak kelimpahan air di atmosfer exoplanet ini!

Exoplanet HAT-P-26b merupakan planet Neptunus panas yang berada 430 tahun cahaya dari Bumi. Sesuai klasifikasinya sebagai planet Neptunus panas atau ada juga yang menyebutnya Neptunus hangat, planet ini mengitari bintang induknya dari jarak yang sangat dekat, yakni 0,05 AU. Jauh lebih dekat dari jarak Merkurius ke Matahari.

Bintang HAT-P-26 merupakan bintang katai oranye atau bintang di kelas spektrum K yang massanya 0,8 massa Matahari. Temperaturnya juga tidak berbeda jauh dari Matahari meski sedikit lebih dingin, yakni 5079 K. Pada jarak yang sangat dekat, planet HAT-P-26b akan menerima panas dengan intensitas tinggi. Selain itu, pada jarak sedemikian dekat, planet raksasa yang lebih masif dari Neptunus ini akan terkunci gravitasinya dengan bintang. Satu sisi planet akan selalu siang dan sangat panas, sementara sisi lainnya tidak pernah menerima cahaya bintang dan selalu malam.

Karena jarak yang dekat, planet Neptunus panas ini hanya butuh 4,2 hari untuk menyelesaikan revolusinya pada bintang. Planet yang ditemukan tahun 2010 ini juga memiliki ukuran hanya setengah ukuran Jupiter. Selain itu, kerapatannya ternyata lebih rendah dibanding planet serupa Neptunus lainnya seperti Uranus, Neptunus, GJ436b dan HAT-P-11b.

Massa exoplanet HAT-P-26b 18,6 massa Bumi, sedikit lebih masif dibanding Neptunus yang massanya 17,5 massa Bumi. Di exoplanet raksasa ini, gaya tariknya jauh lebih rendah dari Bumi. Hanya 4,17 m/det² dan temperaturnya cukup moderat meskipun tetap saja panas, yakni 990 K. Jauh lebih panas dari Venus!

Hasil pengamatan para astronom dengan teleskop Hubble dan Spitzer memperlihatkan keberadaan atmosfer di exoplanet ini. Para astronom berhasil mendeteksi keberadaan awan scud di atmosfer. Meskipun demikian, atmosfer relatif bebas dari awan dengan indikasi keberadaan air sangat kuat. Atau dengan kata lain, tidak banyak air yang dihalangi oleh keberadaan awan disodium sulfida tersebut.

Menelusuri Pembentukan Atmosfer

Komposisi atmosfer planet bisa menjadi petunjuk bagaimana atmosfer terbentuk di planet tersebut. Demikian juga HAT-P-26b. Asal atmosfer yang beragam akan memberi ragam komposisi yang juga berbeda dengan kemungkinan atmosfer kaya akan hidrogen & helium (H/He), air (H₂O), dan karbon dioksida (CO₂).

Hasil pengamatan memperlihatkan dominasi hidrogen dan helium di atmosfer. Bahkan kelimpahan gas hidrogen dan helium planet HAT-P-26b jauh lebih tinggi dari H/He di Neptunus atau Uranus. Atmosfer yang kaya H/He terbentuk ketika gas pembentuk atmosfer diakumulasi langsung dari piringan protoplanet.

Dengan kelimpahan hidrogen dan helium, ada beberapa kemungkinan bagi planet. Planet yang kaya air di atmosfer a.k.a dunia air, atau planet batuan dengan atmosfer yang dihasilkan dari proses pelepasan gas. Untuk planet Neptunus-panas, ada dua pertanyaan. Yang pertama, apakah exoplanet mengandung air dalam jumlah besar disertai es dari elemen berbeda. Yang kedua, seberapa banyak percampuran elemen-elemen itu yang berhasil dideteksi pada selubung atmosfer.

Dari data transit, kelimpahan elemen berat di atmosfer planet HAT-P-26b juga bisa diketahui. Ada hubungan antara massa dan kelimpahan elemen berat di sebuah planet. Semakin tinggi massa planet, elemen berat akan semakin sedikit. Contohnya bisa dilihat pada kelimpahan CH₄ di planet-planet raksasa di Tata Surya.

Uranus dan Neptunus, mengandung unsur berat 100 kali lebih besar dari Matahari. Planet Jupiter dan Saturnus yang didominasi oleh hidrogen dan helium seperti Matahari mengandung unsur berat 5 dan 10 kali lebih besar dari Matahari.

Ternyata, HAT-P-26b tidak sesuai dengan pola yang ada. Meskipun lebih masif dari Neptunus, kelimpahan unsur beratnya setara dengan dengan Jupiter, yakni 4,8 kali Matahari. Informasi tersebut menjadi petunjuk kalau ada yang berbeda pada pembentukan dan evolusi planet ini.

Apa yang terjadi?

Pemodelan evolusi thermal di lanet HAT-P-26b memperlihatkan planet ini harus memiliki 21% selubung H/He agar bisa memiliki inti yang terdiri dari 10% batuan dan 90% air. Tapi, HAT-P-26b diperkirakan memiliki inti yang masif. Karena itu, kehilangan selubung atmosfer lewat proses foto-evaporasi oleh panas yang dipancarkan bintang maupun angin bintang, hanya beberapa persen saja. Selain itu, kelimpahan unsur berat di atmosfer pun rendah.

Hasil ini memperlihatkan atmosfer tidak banyak berubah sejak terbentuk dan tidak / kurang terkontaminasi planetesimal setelah terbentuk. Atau dengan kata lain, selubung gas di exoplanet HAT-P-26b merupakan atmosfer primitif (yang masih tetap sama dengan awal terbentuk).

Tapi planet ini lebih masif dari Neptunus. Jika tidak banyak unsur berat di atmosfer, maka sebagian besar elemen berat justru ada di inti planet.

Diperkirakan, planet HAT-P-26b terbentuk di dekat bintang. Di area ini, es tidak bisa terbentuk karena terlalu panas dan kelimpahan unsur padat juga rendah, khususnya untuk karbon dan oksigen. Atau bisa juga exoplanet HAT-P-26b mengakumulasi selubungnya di masa akhir pembentukan sistem, saat planetesimal di piringan materi gas dan debu sudah habis.