Helium di Atmosfer Exoplanet WASP-107b

Untuk pertama kalinya para astronom berhasil mendeteksi keberadaan helium di atmosfer exoplanet WASP-107b. Hal menarik lainnya dari penemuan ini adalah para astronom berhasil mempelajari perluasan atmosfer exoplanet dari spektrum inframerah.

Berburu Helium di Exoplanet

Helium. Elemen gas dengan nomor atom 2 ini merupakan gas paling berlimpah kedua di alam semesta setelah hidrogen. Diperkirakan 24% dari massa total seluruh elemen di alam semesta adalah helium. Gas helium merupakan salah satu gas penyusun planet – planet gas raksasa di Tata Surya. Karena itu, menurut model teoretik, helium harusnya mudah dideteksi keberadaannya di exoplanet.

Tapi ternyata tidak demikian. Pencarian helium pada atmosfer exoplanet selama ini gagal.

Setelah pencarian panjang lebih dari satu dekade, akhirnya para astronom berhasil mendeteksi keberadaan helium, lewat pengamatan teleskop Hubble. Tapi, tim astronom yang dipimpin oleh Jessica Spake dari University of Exeter, UK, pada awalnya tidak sedang mencari helium. Mereka mencari keberadaan metana di atmosfer planet gas raksasa WASP-107b.

Pengamatan dilakukan selama 7 jam pada bulan Mei 2017 dengan menggunakan teleskop Hubble. Yang diamati tentu saja transit planet pada bintang. Ketika planet melintas di depan bintang dan menghalangi sebagian kecil cahaya bintang, ada cahaya yang lolos melintasi atmosfer planet. Cahaya tersebut tentu saja menjadi sidik jari yang memberikan informasi tentang elemen gas yang ada di atmosfer planet.

Dari data pengamatan, ada lonjakan pada spektrum bintang yang disebabkan oleh helium metastabil. Helium metastabil terbentuk ketika atmosfer planet terpapar radiasi bintang yang dasyat. Keberadaan helium metastabil sudah sejak lama diduga keberadaannya. Akan tetapi elemen yang satu ini tak kunjung ditemukan. Hasil pengamatan untuk mencari helium metastabil pada planet HD 209458b berakhir dengan tangan hampa.

Meskipun helium tidak mudah dikenali, tapi atmosfer planet WASP-107b yang “besar” dan lokasinya yang sangat dekat dengan bintang menjadi keuntungan tersendiri. Radiasi bintang yang membombardir planet dan menyebabkan terjadinya peluruhan helium ke keadaan metastabil. Pada keadaan ini, atom tereksitasi sehingga memiliki umur paruh yang cukup panjang. Helium pada keadaan metastabil ternyata lebih mudah terdeteksi. Pengamatan pada panjang gelombang inframerah juga memberi keuntungan lain. Keberadaan helium pada panjang gelombang inframerah ini tidak diserap oleh atmosfer Bumi. Karena itu, teleskop yang ada di Bumi bisa ikut mengamati dan menemukannya.

Atmosfer WASP-107b

Teleskop Hubble berhasil mengenali kehadiran helium di atmosfer exoplanet WASP-107b yang jaraknya 196 tahun cahaya dari Bumi di rasi Virgo. Exoplanet WASP-107b merupakan planet gas raksasa serupa Jupiter atau exoplanet Jupiter panas yang mengitari bintang katai oranye yang lebih kecil dan lebih dingin dibanding Matahari, dari jarak 0,05 AU setiap 5,7 hari.  Ukuran planet ini hampir sama dengan Jupiter tapi massanya jauh lebih kecil dari Jupiter. Hanya 0,12 massa Jupiter atau seperdelapan massa Jupiter.

Kerapatan yang sangat sangat rendah dan gravitasi yang lemah, planet WASP-107b kesulitan untuk menjaga gas di atmosfer untuk tetap kompak. Akibatnya atmosfer dengan mudah lepas dan meluas sampai puluhan ribu kilometer.

Selain memiliki atmosfer yang meluas atau mengembang puluhan ribu kilometer, planet ini juga dideteksi memiliki ekor seperti komet. Lokasinya yang dekat dengan bintang menjadikan planet ini dengan mudah terpapar radiasi bintang yang dasyat. Angin bintang inilah yang kemudian menyebabkan helium terlepas dan membentuk ekor yang sejajar dengan sumbu planet. Mirip ekor komet saat gas dan debu yang beku terpapar Matahari.

Paparan radiasi bintang yang luar biasa kuat menjadi penyebab planet WASP-107b harus kehilangan 0,1 – 4 % atmosfernya setiap satu miliar tahun. Kehilangan atmosfer tentu juga mempengaruhi nasib planet ini di masa depan. Hasil penelitian memberi informasi kalau planet Bumi-super dan planet mini Neptunus yang berukuran 1,6 – 2 kali ukuran Bumi pada akhirnya bisa mengalami kepunahan setelah terpapar radiasi bintang yang sangat kuat dan kehilangan seluruh atmosfernya. ‘

Penemuan ini tidak hanya penting karena para astronom berhasil menemukan helium yang jadi gas penyusun planet gas raksasa. Ekor helium yang terbentuk akibat paparan radiasi bintang juga menjadi informasi penting untuk memahami kehilangan atmosfer pada planet dan evolusinya.