Pembentukan Planet Raksasa di Bintang Katai Merah

Para astronom berhasil mengungkap bahwa planet gas raksasa pada bintang katai merah lebih cepat terbentuk!

Exoplanet pertama yang ditemukan mengitari bintang serupa Matahari adalah planet Jupiter panas. Diberi julukan Jupiter panas karena planet ini merupakan planet gas raksasa yang panas. Berbeda dari Jupiter di Tata Surya yang dingin karena jauh dari Matahari. planet Jupiter panas ini berada sangat dekat dengan bintang dan mengitari bintang hanya dalam beberapa hari.

Meskipun pada awalnya sempat diduga anomali karena berbeda dari planet yang kita kenal di tata Surya, exoplanet Jupiter panas ternyata umum ditemukan pada bintang lain.  Dari 4108 exoplanet yang sudah dikonfirmasi, tercatat 1293 di antaranya adalah planet Jupiter panas.

Pada umumnya planet-planet raksasa ini ditemukan mengitari bintang-bintang serupa Matahari atau lebih besar.  Meskipun langka, planet gas raksasa juga ditemukan pada bintang katai merah, yang lebih kecil, lebih dingin, dan tentunya lebih redup dari Matahari.  Bintang tipe ini termasuk umum ditemukan di alam semesta. Bahkan. 85% bintang di Bima Sakti merupakan bintang katai merah.

Sampai saat ini, bintang katai merah merupakan lokasi pencarian untuk planet-planet kebumian. Tentu saja planet yang ditemukan pada bintang katai merah cukup beragam. Planet-planet kategori Bumi-super dan Neptunus-mini juga ditemukan pad abintang katai merah. Selain itu, satu bintang bisa memiliki beberapa planet. Salah satunya adalah bintang TRAPPIST-1 dengan 7 planet.

Tidak demikian dengan planet gas raksasa seperti Jupiter.  Tipe planet ini cukup langka ditemukan pada katai merah. Meskipun demikian, saat ini 30% dari seluruh planet yang ditemukan pada bintang katai merah merupakan planet raksasa seperti halnya Jupiter dengan massa lebih dari 1 massa Jupiter dan ukuran bisa mencapai 10 kali planet terbesar di Tata Surya itu.

Yang jadi pertanyaan menarik adalah, bagaimana planet gas raksasa seperti Jupiter bisa terbentuk di bintang katai merah.  Selama ini para astronom menduga bahwa materi gas pada piringan di sekeliling bintang katai merah tidak cukup banyak utnuk bisa membentuk gas seperti itu. Tapi, planet raksasa memang ditemukan pada bintang katai merah baik yang jaraknya dekat dengan bintang (Jupiter panas), maupun yang jauh dari bintang seperti Jupiter.

Lagi-lagi misteri terkait pembentukan planet.  Untuk memahami hal tersebut, para astronom dari  University of Central Lancashire (UCLan) membangun pemodelan komputasi untuk menjawab pertanyaan tersebut.

Skenario Pembentukan Planet Raksasa

Pada umumnya, planet terbentuk dari akumulasi gas dan debu yang ada dalam piringan protoplanet di sekeliling bintang yang baru saja terbentuk.  Untuk pembentukan planet raksasa, biasanya debu yang ada dalam piringan berkoalisi atau bergabung membentuk objek yang lebih besar dalam hal ini inti padat.  Proses koalisi ini terus terjadi sampai inti padat yang terbentuk memiliki massa yang cukup untuk mengakresi gas di sekelilingnya. Proses ini membutuhkan waktu beberapa juta tahun.

Pada bintang katai merah,  massa piringan gas dan debu tidak akan cukup untuk membentuk planet gas raksasa. Piringan gas dan debu tidak akan bertahan sampai beberapa juta tahun. Itu artinya, sebelum planet gas raksasa selesai terbentuk, seluruh materi dalam piringan sudah tidak ada lagi.

Skenario lain adalah teori ketidakstabilan piringan, dimana planet terbentuk lewat fragmentasi oleh gravitasi piringan ptorobintang.  Dalam teori ini, protoplanet terbentuk dalam waktu yang lebih singkat, dengan massa beberapa massa Jupiter.  Akan tetapi, planet yang terbentuk itu mengakresi gas dengan cepat dan justru membentuk bintang katai coklat. Yang berakhir jadi planet justru fragmen yang terlontar keluar dari piringan protobintang.

Simulasi Pembentukan Planet Raksasa

Untuk mengetahui mekanisme seperti apa yang bisa membentuk planet gas raksasa super masif di bintang katai merah, dilakukan pemodelan berbasis teori yang ada tersebut dengan komputer-super UK Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC).  Pemodelan ini dibuat dengan beragam parameter. Di anataranya adalah variasi pada massa dan diameter piringan, kelimpahan unsur berat, dan massa bintang induk. Dengan parameter yang beragam, pemodelan yang dijalankan bisa memperlihatkan berbagai kemungkinan pembentukan planet gas raksasa di sekeliling bintang katai merah, baik yang jaraknya dekat maupun jauh dari bintang induknya.

Hasilnya, agar planet raksasa bisa terbentuk, piringan materi di sekeliling bintang muda harus cukup besar agar proses fragmentasi bisa terjadi.  Proses fragmentasi terjadi pada jarak lebih dari 30 AU. Fragmentasi paling banyak terjadi antara 50 – 60 AU dari bintang induk.  Itu untuk bintang yang massanya 0,2 – 0,4 massa Matahari. Untuk bintang yang lebih masif lagi, proses fragmentasi terjadi pada jarak yang lebih jauh lagi.

Piringan materi akan terpecah menjadi beberapa bagian. Ketika ketidakstabilan pada piringan terjadi akibat peningkatan massa, maka bagian – bagian piringan yang sudah terpecah akan bergerak spiral dan berkoalisi membentuk planet gas raksasa.

Proses pembentukan ini terjadi hanya dalam beberapa ribu tahun!

Planet yang terbentuk  cukup masif yakni 2 – 6 massa Jupiter, dan berada pada jarak 15  – 150 AU. Jarak ini cukup jauh dari bintang induk. Akan tetapi, evolusi sistem bisa membawa planet yang jauh bermigrasi mendekati bintang.

Tapi, ada hal menarik lain yang juga ditemukan.  Planet gas raksasa yang terbentuk, panasnya sangat ekstrim!

Temperatur di inti bahkan bisa mencapai ribuan derajat.  Itu artinya, planet-planet ini akan mudah terdeteksi lewat pengamatan langsung pada panjang gelombang inframerah.

Tapi…itu hanya untuk planet gas raksasa yang masih muda.

Berbeda dari bintang merupakan sumber energi, planet tidak punya sumber energi internal.  Akibatnya, temperatur planet raksasa yang tadinya panas membara akan terus mendingin dan planet pun jadi semakin redup. Implikasinya, kemungkinan untuk bisa melakukan pengamatan langsung menjadi sangat kecil.

Pendeteksian tetap bisa dilakukan lewat metode tidak langsung ketika interaksi planet dengan bintang menghasilkan pengaruh gravitasi yang menyebabkan bintang bergoyang.Perubahan tersebut bisa teramati pada spektrum bintang.

Dari simulasi yang dilakukan, tampaknya teori ketidastabilan piringan menjadi model yang memungkinkan untuk terbentuknya planet-planet raksasa pada bintang katai merah.  Proxima c yang baru ditemukan memang bukan planet gas raksasa seperti Jupiter. Akan tetapi, planet ini cukup masif dan dikategorikan sebagai planet Bumi-super atau bahkan lebih cocok sebagai Neptunus-mini.

Pemodelan ini memang belum menjadi jawaban akhir. Akan tetapi, kita bisa perlahan-lahan menguak misteri pembentukan planet yang beragam di Alam Semesta.