Menelusuri Potensi Laik Huni Exoplanet di Bintang TRAPPIST-1

Setahun lalu, 7 exoplanet ditemukan mengitari bintang TRAPPIST-1 hanya dalam jarak Merkurius ke Matahari. Ketujuh planet berukuran sedang itu diduga memiliki kemiripan dengan Bumi. Untuk itu, para astronom melakukan pengamatan untuk mencari tahu potensi laik huni exoplanet di bintang TRAPPIST-1. Hasilnya, tiga dari tujuh exoplanet di bintang TRAPPIST-1 berpotensi laik huni dan berkelimpahan air.

Bintang TRAPPIST-1 merupakan bintang katai merah yang dingin. Karena itu, meskipun exoplanet yang mengitari bintang ini berada pada jarak yang dekat, temperaturnya pun termasuk lebih hangat dibanding planet yang mengitari bintang serupa Matahari pada jarak yang sama. Di antara ke-7 exoplanet ( TRAPPIST-1 b,c,d,e,f,g dan h), tiga di antaranya berada pada zona laik huni.

Pertanyaannya, mungkinkah ketujuh planet berukuran sedang serupa Bumi tersebut memiliki air untuk mendukung terbentuknya kehidupan?

Planet Kebumian atau Neptunus Mini?

Untuk mengetahuinya, para astronom yang dipimpin oleh Julien de Wit dari Massachusetts Institute of Technology, USA, melakukan pengamatan dengan menggunakan Teleskop Hubble milik NASA/ESA. Pengamatan dilakukan untuk mempelajari atmosfer pada 4 exoplanet yang ada dalam sistem yakni, TRAPPIST-1d, e, f dan g. Dari ke-4 exoplanet tersebut, 3 di antaranya berada pada zona laik huni sementara TRAPPIST-1d justru berada pada ambang batas tepi dalam zona laik huni. Di Tata Surya, posisi ini ditempati oleh Venus dan seperti kita ketahui, Venus tidak mampu mendukung kehidupan. Keberadaan planet di zona laik huni menjadi syarat awal agar planet memiliki temperatur yang cukup hangat sehingga jika ada air di permukaan, air akan tetap berwujud cair. Bukan gas ataupun es.

Pengamatan pun dilakukan untuk mengamati transit 4 exoplanet  tersebut. Ketika planet transit atau melintas di depan bintang, para astronom melakukan pengukuran pada cahaya inframerah bintang yang melewati atmosfer planet dan akhirnya tiba di Bumi. Yang dicari adalah atmosfer yang memiliki hidrogen berlimpah.

Mengapa hidrogen?

Gas hidrogen merupakan gas rumah kaca yang menjadi penyebab planet tidak mampu mendukung terbentuknya kehidupan, khususnya pada planet dalam yang dekat dnegan bintang induk. Tapi, untuk planet luar yang jauh dari bintang induk, kehadiran gas hidrogen justru membuat mereka bisa berpotensi laik huni. Minimnya hidrogen di atmosfer merupakan salah satu indikasi planet tersebut merupakan planet kebumian.

Dari hasil pengamatan, ditemukan atmosfer exoplanet d,e, dan f, tidak memperlihatkan sidik jari hidrogen dan mengindikasikan kalau ketiga exoplanet tersebut minim hidrogen di atmosfer. Dengan demikian bisa disimpulkan juga kalau TRAPPIST-1 d,e, dan f bukanlah exoplanet gas serupa Neptunus. Tapi tidak demikian dengan TRAPPIST-1g. Bisa jadi exoplanet yang satu ini memiliki atmosfer yang kaya dengan hidrogen. Untuk planet-planet luar, diduga ada kelimpahan hidrogen seperti halnya pada atmosfer Neptunus di Tata Surya.

Julien de Witt dan tim juga sudah melakukan pengamatan pada dua planet dalam di sistem TRAPPIST-1. Planet b dan c yang berada dekat dengan bintang itu memperlihatkan sidik jari yang mirip yakni tidak ada kelimpahan hidrogen di atmosfer.

Tapi, itu hanya hidrogen. Tentu saja atmosfer exoplanet pada sistem TRAPPIST-1 masih sangat beragam tapi belum bisa dipastikan oleh Teleskop Hubble. Pengamatan lanjutan dengan teleskop James Webb atau teleskop generasi baru lainnya akan dapat mengungkap keberadaan elemen berat seperti karbon, metana, air, dan senyawa organik yang bisa menjadi indikasi kehidupan.

Tapi, minimnya hidrogen pada ketiga exoplanet memberi indikasi lain terkait sejarah pembentukan planet di TRAPPIST-1. Ketujuh planet di sistem TRAPPIST-1 diketahui memiliki keteraturan saat mengorbit bintang induknya. Misalnya, ketika planet TRAPPIST-1h (planet terluar) menyelesaikan 2 orbitnya mengitari bintang induk, ke-6 planet lainnya yakni g, f, e, d, c, b, juga sudah menyelesaikan 3, 4, 6, 9, 15, dan 24 orbit mengelilingi bintang TRAPPIST-1.

Planet tidak terbentuk seperti itu. Pada umumnya, planet yang terbentuk lebih mirip pemusik amatir (yang baru belajar) yang sedang berkolaborasi bermain musik. Tidak teratur. Karena itu, diduga exoplanet di sistem TRAPPIST-1 terbentuk pada area yang jauh dari bintang dan bermigrasi ke dalam sistem. Saat bermigrasi, ke-7 exoplanet tersebut berinteraksi dengan piringan gas dan debu di sekeliling bintang sebelum stabil seperti sekarang dan memiliki keteraturan dalam hal resonansi orbit antar planet.

Exoplanet di sistem TRAPPIST-1 juga diperkirakan memiliki atmosfer yang berlimpah dengan hidrogen saat terbentuk. Tapi hidrogen itu kemudian terlepas saat planet bergerak mendekati bintang saat bermigrasi.

Berburu Air di TRAPPIST-1

Pengamatan terpisah juga dilakukan oleh Simon L. Grimm dari Universitas Bern, Swiss dan tim untuk mempelajari karakteristik exoplanet di sistem TRAPPIST-1. Pengataman dilakukan dengan teleskop survei SPECULOOS milik ESO di Observatorium Paranal, Chile, Teleskop Sptitzer, dan Teleskop Kepler milik NASA. Tujuannya untuk mengetahui massa dan kerapatan planet dengan tingkat ketelitian yang lebih baik dari sebelumnya.

Bagaimana caranya? Kuncinya ada pada resonansi orbit ketujuh planet TRAPPIST-1. Saat wxoplanet yang jarak antar planetnya dekat ini bergerak mengelilingi bintang induk, ada saatnya mereka saling tersebut berpapasan. Akibatnya ada gangguan gravitasi yang mengakibatkan terjadinya pergeseran waktu transit saat planet melintas di depan bintang. Perlu diingat kalau pergeseran waktu transit juga dipengaruhi oleh massa, jarak dari bintang, radius, kerapatan rata-rata dan gravitasi planet. Karena itu, para astronom pun mempelajari data 284 transit yang diperoleh dari pengamatan SPECULOOS, Spitzer dan Kepler.

Hasilnya, kerapatan planet di sistem TRAPPIST-1 merentang dari 0,6 – 1 kerapatan Bumi dan seluruh exoplanet disusun oleh batuan.

Dari ketujuh planet, hanya TRAPPIST-1e yang memiliki komposisi keseluruhan berupa batuan. Enam exoplanet lainnya (b,c,d,f,g, dan h) justru berpotensi memiliki air sampai dengan 5% dari massa planet atau 250 kali lebih banyak dari lautan di Bumi. Air tersebut bisa dalam bentuk gas, cair, maupun es. Ini bisa kita lihat dari posisi planet juga.

Untuk planet yang dekat dengan bintang induk, atmosfernya disusun oleh uap air dengan kerapatan yang cukup tinggi. Semakin jauh, temperatur juga semakin dingin. Karena itu, pada planet luar yang jauh dari bintang induk, planet akan memiliki permukaan es.

Dari planet terdekat, planet b dan c diperkirakan memiliki inti batuan dengan atmosfer yang lebih tebal dari atmosfer Bumi. Di tepi dalam zona laik huni, ada planet d yang paling ringan dengan massa hanya 30% massa Bumi. Planet ini juga memiliki kemiripan dengan Bumi dari jumlah cahaya yang diterima.

Satu-satunya planet yang lebih rapat dari Bumi adalah planet TRAPPIST-1e. Planet ini diperkirakan memiliki inti batuan yang dikelilingi atmosfer yang lebih tebal dari Bumi. Planet e juga punya kemiripan lain dengan Bumi yakni, kerapatan dan radiasi yang diterima dari bintang. Selain komposisi batuan, lokasi TRAPPIST-1e pada zona laik huni, memungkinkan planet tersebut untuk bisa memiliki air dalam wujud cair.

Semakin jauh dari bintang TRAPPIST-1, exoplanet f, g dan h justru diduga memiliki lapisan es yang menutupi permukaan dan atmosfer tipis yang menyelubungi ketiga exoplanet tersebut. Diperkirakan tidak ada unsur berat seperti karbon dioksida yang ditemukan di atmosfer ketiga exoplanet.

Air memang merupakan indikasi awal sebuah exoplanet berpotensi laik huni. Akan tetapi dibutuhkan pengamatan lanjut untuk menemukan senyawa kimia yang terkait erat dengan evolusi kehidupan yang kita kenal saat ini.