Badai di Atmosfer Exoplanet HR8799 e

Para astronom berhasil menyingkap komposisi dan badai di atmosfer exoplanet dengan instrumen GRAVITY yang dipasang pada Very Large Telescope Interferometer (VLTI) milik ESO. Yang membuat pengamatan ini unik adalah kemampuan instrumen GRAVITY untuk melakukan pengamatan langsung pada planet.

Tidak mudah untuk bisa mengamati exoplanet secara langsung. Planet yang jauh lebih kecil dengan kecerlangan ribuan kali lebih redup dari bintang, jadi tantangan tersendiri. Untuk itulah, metode deteksi tidak langsung menjadi solusi untuk menemukan exoplanet yang mengorbit bintang lain. Dengan cara ini, planet ditemukan lewat perubahan kecerlangan ataupun gerak bintang.

Meskipun demikian, pendeteksian langsung juga sudah memperlihatkan hasilnya. Tercatat 22 exoplanet telah ditemukan lewat pencitraan langsung. Di antaranya adalah 4 planet gas raksasa yang ditemukan mengitari bintang HR 8799, yang salah satu planetnya menjadi target dalam penelitian ini.

Untuk bisa mengamati exoplanet secara langsung, para astronom melakukan pengamatan dengan instrumen GRAVITY yang dipasang pada VLTI. Teknik pengamatan interferometri optik digunakan untuk penguatan resolusi citra dengan dua atau lebih kisi sehingga membentuk citra tajam untuk gelombang sefase. Dalam pengamatan ini, GRAVITY dipasang pada VLTI yang terdiri dari gabungan 4 teleskop VLT 8,2 meter. Ke-4 teleskop ini difungsikan sebagai super teleskop dengan daya pisah 25 kali lebih tinggi dibanding satu unit teleskop VLT. Tak hanya itu, spektrum yang teramati juga 10 kali lebih detil sehingga para astronom bisa mengungkap apa yang sedang terjadi dalam atmosfer.

Sistem Keplanetan HR 8799

Planet yang diamati adalah HR 8799 e, exoplanet yang mengorbit bintang HR 8799 bersama 3 planet lainnya. Sistem ini berada 129 tahun cahaya dari Bumi pada konstelasi Pegasus. Tepatnya, bintang HR 8799 berada di bagian dalam tepi bara bujur sangkar besar Pegasus, di antara bintang Scheat (beta Pegasi) dan Markab (alpha Pegasi). Jika berada di lokasi yang sangat gelap, HR 8799 yang kecerlangannya 5,96 magnitudo masih dapat dilihat dengan mata tanpa alat.

Bintang HR 8799 termasuk bintang muda yang usianya baru 30 juta tahun dan merupakan bagian dari bintang Lambda Boötis, tipe bintang yang hanya memiliki sedikit logam atau unsur berat di permukannya. Usia yang masih muda sekaligus mengindikasi kalau planet yang mengitarinya juga masih baru selesai terbentuk. Dengan massa 1,5 massa Matahari dan luminositas 4,9 luminositas Matahari, sistem ini memiliki 4 planet raksasa dan masih menyisakan piringan puing-puing debu sisa pembentukan planet. Ke-4 planet yang mengitari HR 8799 ditemukan lewat deteksi langsung dalam pengamatan di Observatorium Keck dan Observatorium Gemini di Hawaii. Di antara ke-4 planet tersebut, pada tahun 2010 para astronom berhasil mengungkap cerita dari atmosfer exoplanet HR 8799 b yang mengandung sedikit metana.

Tiga dari empat planet yang mengorbit bintang HR 8799 ditemukan pada tahun 2008 meski sudah teramati oleh teleskop Hubble sejak satu dekade sebelumnya. Planet ke-4 yakni HR 8799 e, ditemukan tahun 2010 dalam pengamatan di Observatorium Keck. Penemuan planet ini secara terpisah juga dilakukan tim berbeda lewat pengamatan dengan VLT di Observatorium Paranal, Chili.

HR 8799 e yang jadi target pengamatan VLTI ini merupakan planet gas raksasa serupa Jupiter yang masih muda, panas dan berada sangat dekat dengan bintang induknya. Jaraknya hanya 14,5 AU atau jika planet ini berada di Tata Surya, ia akan mengorbit di antara Saturnus dan Uranus.

Atmosfer HR 8799 e

Lokasi HR 8799 e yang berada dekat dengan bintang menjadikan planet ini juga sangat panas. Exoplanet yang temperaturnya mencapai 1000ºC ini masih tampak berpendar kemerahan dalam pengamatan. Diperkirakan, suhu panas membara tersebut berasal dari sisa energi pembentukan planet dan efek rumah kaca.

Lewat pengamatan interferometri optik VLTI, para astronom berhasil mengungkap komposisi HR 8799 e. Atmosfer planet ini justru didominasi karbon monoksida, bukannya metana. Penemuan ini cukup mengejutkan karena dari kesetimbangan kimia, seharusnya metana ditemukan lebih banyak pada atmosfer. Satu-satunya penjelasan yang bisa diberikan adalah keberadaan angin kencang yang mencegah karbon monoksida berinteraksi dengan hidrogen untuk membentuk metana.

Menurut para astronom, hal ini menjadi indikasi konveksi yang bergerak di sekitar awan partikel silikat dan besi, yang kemudian terpecah dan turun ke bagian dalam. Kejadian ini menjadi gambaran dinamisnya atmosfer ketika eksoplanet raksasa terbentuk, saat menjalani proses fisis dan kimia yang kompleks.

Atmosfer HR 8799 3 juga mengandung awan besi dan debu silikat, yang jika digabungkan dengan karbon monoksida akan membentuk badai dasyat di planet ini. Hal lain yang terungkap adalah keberadaan bola gas bercahaya dari dalam dengan berkas cahaya yang berputar melewati badai dalam awan gelap. Hal ini menjadi indikasi pergerakan konveksi di sekitar awan partikel besi dan silikat yang terpecah dan turun ke bagian dalam.

Seluruh penemuan ini tak pelak menjadi gambaran dinamis atmosfer exoplanet saat berlangsungnya proses fisis dan kimia yang kompleks saat exoplanet baru terbentuk.