Penentuan Massa Exoplanet Beta Pictoris b

Massa planet Beta Pictoris b (Beta Pic b) berhasil diukur lewat pengamatan gerak bintang saat mengelilingi pusat massanya dari data yang diperoleh Gaia dan Hipparcos. Teknik pengukuran astrometri ini dikembangkan oleh duo astronom Ignas Snellen dan Anthony Brown dari Universitas Leiden, Belanda.

Exoplanet Beta Pictoris b

Saat diumumkan pada tahun 2009, massa exoplanet Beta Pictoris b diperkirakan 9 massa Jupiter. Akan tetapi, massa tersebut masih memiliki ketidakpastian karena pengukuran massa exoplanet yang satu ini bergantung pada pemodelan pembentukan planet. Seberapa cepat planet mengalami pendinginan setelah terbentuk menjadi faktor penting. Akibatnya, ada ketidakpastian dalam penentuan massa. Diperkirakan massa Beta Pictoris b bisa merentang dari 4 – 17 massa Jupiter.

Beta Pic b merupakan exoplanet yang ditemukan lewat pencitraan langsung. Jadi, para astronom berhasil memotret keberadaan exoplanet ini dengan Very Large Telescope (VLT) milik ESO di Chile. Caranya, tentu dengan menghalangi cahaya terang bintang sehingga planet bisa tampak.

Exoplanet Beta Pic b pertama kali tampak pada tahun 2003 sebagai sumber cahaya redup. Sempat menghilang pad atahun 2008 dan 2009, cahaya redup Beta Pictoris b kembali muncul pada musim gugur 2009 tapi kali ini pada sisi yang berbeda.

Sesuai namanya, exoplanet ini mengorbit bintang Beta Pictoris di rasi Pictor (Sang Pelukis) pada jarak 9 AU atau sekitar 1,35 miliar km. Berada pada jarak 63 juta tahun cahaya dari Bumi, Beta Pic diketahui merupakan bintang muda nan panas. Usianya diperkirakan baru 20 juta tahun atau bahkan bisa lebih muda lagi. Karena masih muda, Beta Pic masih dikelilingi piringan gas dan debu pembentuk bintang. Tak pelak, sistem Beta Pic jadi target utama untuk mempelajari pembentukan bintang dan planet serta tahap awal evolusinya. Tapi, tidak mudah untuk mempelajari sistem ini dengan metode konvensional.

Sebagai planet yang mengitari Beta Pic, tentunya Beta Pic b juga masih muda dan baru terbentuk. Pada kondisi ini, planet masih sangat panas dengan temperatur mencapai 1450º C! Temperatur yang demikian tinggi ini akibat pemanasan oleh energi materi yang diakresi jadi planet. Itu artinya Beta Pic b memancarkan sejumlah besar cahaya inframerah dan kita bisa melihatnya secara langsung. Diperkirakan Beta Pic b membutuhkan 20 tahun untuk mengelilingi bintang induknya.

Usaha Mengungkap Massa Beta Pic b

Sebagai bintang muda, selain panas, Beta Pic juga berotasi cepat dan berdneyut. Perilaku ini justru menyulitkan para astronom untuk mengukur perubahan kecepatan radial bintang. Apalagi untuk interaksi planet dan bintang, goyangan yang ditimbulkan sangat kecil.

Goyangan tersebut merupakan gerak bintang yang tampak mendekat dan menjauh dari Bumi akibat interaksi gaya tarik menarik bintang dan planet. Dengan cara inilah biasanya para astronom menentukan massa bintang. Akan tetapi, metode ini hanya cocok untuk sistem yang sudah melewati tahap awal evolusinya.

Untuk bisa memperoleh estimasi massa yang lebih baik, para astronom beralih pada metode berbeda. Kali ini yang dianalisis adalah gerak bintang saat mengitari pusat massanya dalam rentang waktu yang cukup panjang.

Seperti Matahari, Beta Pic juga mengelilingi pusat Bima Sakti. Tapi kecepatannya tentu saja berbeda dari Matahari. Pengamatan selama bertahun-tahun akan memperlihatkan pergerakan Beta Pic terhadap bintang latar belakang. Gerak yang tampak linier di langit ini dikenal sebagai gerak diri.

Pergerakan Bumi mengelilingi Matahari juga punya efek. Kita bisa melihat Beta Pic pada sudut yang agak berbeda dari waktu ke waktu. Dalam setahun, posisi Beta Pic akan tampak seperti elips. Jadi jika bintang berada di atas orbit Bumi, maka geraknya dalam setahun akan membentuk lingkaran. Efek ini dikenal sebagai paralaks.

Untuk bisa menentukan massa planet, perlu diketahui seberapa besar penyimpangan yang terjadi pada bintang saat berinteraksi dengan planet. Karena itu para astronom memerlukan data gerak bintang dalam waktu yang panjang untuk mengetahui gerak diri dan efek paralaks.

Penentuan Massa dari Data Gaia dan Hipparcos

Data yang digunakan berasal dari hasil pengamatan satelit Gaia dan Hipparcos yang mengukur posisi dan gerak bintang. Kedua satelit ini bekerja pada waktu yang berbeda. Hipparcos diluncurkan pada tahun 1989 dan satelit ini mengamati Beta Pic dari tahun 1990 -1993. Hampir 25 tahun kemudian pada tahun 2013, Satelit Gaia diluncurkan untuk melakukan sensus lebih dari 1 miliar bintang di Bima Sakti.

Selama 22 bulan melakukan pengamatan, Gaia berhasil mengambil data posisi dan gerak Beta Pic sebanyak 30 kali. Tentunya data ini masih tidak cukup. Untuk itu, Ignas dan Anthony menggunakan data pengamatan Hipparcos yang mengambil data Beta Pic sebanyak 111 kali.

Data gabungan ini setidaknya memberikan informasi gerak diri dan paralaks untuk rentang waktu yang panjang. Gabungan data gerak diri dan efek paralaks, akan memperlihatkan bintang yang tampak bergerak dalam pola heliks dan bukan garis lurus. Hasil analisis data Gaia dan Hipparcos berhasil memperlihatkan pola heliks tersebut.

Tapi, ada hal lain yang menarik.

Pola heliks tersebut sedikit terganggu. Bintang tampak mengalami gangguan dan sedikit bergeser dari posisi seharusnya dalam pola tersebut. Itu artinya ada penyimpangan gerak bintang akibat interaksi dengan planet Beta Pic b yang mengitarinya!

Dari data penyimpangan inilah massa bintang bisa diketahui yakni 11±2 massa Jupiter, dan periode orbit yang lebih presisi bisa ditentukan yakni 22,2 tahun. Hasil penelitian ini jelas menjadi langkah penting untuk memahami proses yang terjadi dalam pembentukan planet. Selain itu, tekni pengukuran massa seperti ini bisa digunakan kelak saat Gaia merilis data exoplanet yang ditemukan dalam sensus bintang yang dilakukan satelit ini.