Molekul OH Terdeteksi di Atmosfer Exoplanet WASP-33b

Para astronom berhasil menemukan jejak radikal hidroksil (OH), senyawa kimia baru di atmosfer exoplanet WASP-33b.

Perbandingan Tata Surya kita (atas) dan sistem keplanetan WASP-33 (bawah). Kredit: Wikimedia dan Astrobiology Center
Perbandingan Tata Surya kita (atas) dan sistem keplanetan WASP-33 (bawah). Kredit: Wikimedia dan Astrobiology Center

Senyawa kimia baru tersebut ditemukan pada exoplanet Jupiter ultra-panas, planet gas raksasa yang mengorbit sangat dekat dengan bintang induknya. Karena jarak yang sangat dekat dengan bintang, tak pelak planet juga sangat panas.

Kali ini, tim peneliti yang dipimpin oleh Stevanus Kristianto Nugroho (penulis -red), dari Astrobiology Center, Jepang, dan Queen’s University Belfast, UK, mendeteksi keberadaan senyawa OH pada sisi siang exoplanet Jupiter ultra-panas WASP-33b.

Ilustrasi exoplanet Jupiter ultra-panas, WASP-33b. Kredit: Astrobiology Center
Ilustrasi exoplanet Jupiter ultra-panas, WASP-33b. Kredit: Astrobiology Center

Wasp-33b merupakan planet yang mengorbit bintang variabel Delta Scuti, bintang berdenyut yang masih muda. Planet ini mengorbit bintang HD 15082 dari jarak 0,026 AU atau hanya 3,8 juta km. Jaraknya yang sangat dekat membuat planet ini terkunci secara gravitasi dengan bintang dan hanya sisi yang berhadapan dengan bintang selalu sama. Itu artinya ada sisi siang abadi yang luar biasa panas dan sisi malam abadi yang tidak pernah menerima cahaya dari bintang. Karena itu, jangan heran jika temperatur atmosfer Wasp-33b bisa mencapai 2500º C.

Jangan bayangkan berada di planet gas raksasa ini. Sebagai planet gas raksasa, jelas tidak ada tempat berpijak di Wasp-33b. Tapi, suhu atmosfernya yang tinggi cukup untuk melelehkan semua jenis logam. 

OH di Exoplanet

Atas: Ilustrasi cahaya bintang induk menyinari permukaan planet yang tidak transit sepanjang orbitnya dan pergeseran Doppler yang teramati. Bawah: Spektrum bintang dan planet yang yang dipecah menjadi garis-garis absorpsi dengan pola yang unik untuk setiap molekul atau atom (garis putih terang). Dari pengamatan planet ketika sedang mengorbit bintang induknya, bisa ditemukan ada pergeseran spektrum ke arah merah (redshift) dan ke arah biru (blueshift) saat bergerak menjauh dan medekat relatif terhadap kita. Kredit: Ernst de Mooij di Birkby 2018
Atas: Ilustrasi cahaya bintang induk menyinari permukaan planet yang tidak transit sepanjang orbitnya dan pergeseran Doppler yang teramati. Bawah: Spektrum bintang dan planet yang yang dipecah menjadi garis-garis absorpsi dengan pola yang unik untuk setiap molekul atau atom (garis putih terang). Dari pengamatan planet ketika sedang mengorbit bintang induknya, bisa ditemukan ada pergeseran spektrum ke arah merah (redshift) dan ke arah biru (blueshift) saat bergerak menjauh dan medekat relatif terhadap kita. Kredit: Ernst de Mooij di Birkby 2018

Penemuan OH di exoplanet merupakan bukti pertama keberadaan gas OH di atmosfer planet di luar Tata Surya. Dan menurut Stevanus, para astronom bukan saja bisa mendeteksi OH di exoplanet tapi mereka juga bisa mempelajari reaksi kimia di populasi planet ini dengan lebih terperinci.

OH bisa ditemukan di atmosfer Bumi. Nah, sebagian besar gas OH di Bumi merupakan hasil reaksi uap air dengan atom oksigen. Molekul ini dikenal juga dengan julukan “deterjen atmosfer” karena berperan penting untuk menjaga kadar gas-gas yang berbahaya bagi kehidupan. Contohnya, metana (CH4) atau karbon monoksida (CO).

Pada planet yang jauh lebih besar dan panas seperti WASP-33b, OH memiliki peran penting  untuk menentukan komposisi kimiawi atmosfer planet melalui interaksinya dengan uap air dan karbon monoksida. 

Temperatur ekstrim menghancurkan molekul uap air sehingga terbentuklah gas OH di atmosfer WASP-33b. Dari data pengamatan, sinyal keberadaan uap air memang lemah dan ini konsisten dengan hipotesis bahwa pada lingkungan ekstrim, molekul uap air hancur dan menghasilkan OH. 

Sejak penemuan exoplanet di awal tahun 90-an, perkembangan penemuan exoplanet sudah meningkat secara eksponensial, terutama dengan kehadiran misi Kepler maupun TESS. Akan tetapi, exoplanet masih terhitung sebagai ilmu yang relatif baru. Langkah selanjutnya dari penemuan planet baru di bintang lainnya adalah mempelajari atmosfer planet-planet tersebut dengan terperinci dan tentu saja menemukan planet serupa Bumi. 

Menurut Neale Gibson, dari Trinity College Dublin, “Keberhasilan kita menemukan jejak senyawa kimia baru menjadi langkah penting untuk memperdalam pengetahuan tentang eksoplanet, memutakhirkan teknik untuk mempelajari atmosfer exoplanet, dan membawa kita makin ke tujuan utama menemukan planet serupa Bumi”.

Pengamatan OH

Teleskop Subaru di Mauna Kea, Hawai'i. Kredit: Stevanus Nugroho
Teleskop Subaru di Mauna Kea, Hawai’i. Kredit: Stevanus Nugroho

Para astronom menemukan molekul OH atau hidroksil radikal dari pengamatan spektroskopi dengan spektograf resolusi tinggi InfraRed Doppler (IRD). Spektograf IDR dipasang pada teleskop Subaru 8,2-meter yang berada di area puncak gunung Mauna Kea, Hawai’i dengan ketinggian sekitar 4200 meter.

Dalam pengamatan ini, IRD mendeteksi atom dan molekul dari “sidik jari” cahaya dalam hal ini garis absorpsi atau garis serapan dengan pola unik pada spektrum bintang dan planet.

Ketika planet bergerak mengitari bintang induknya, kecepatan yang kita amati berubah relatif terhadap Bumi. Sama seperti sirine mobil polisi yang frekuensinya semakin meninggi/menurun ketika bergerak mendekati/menjauhi kita. 

Hal yang sama juga terjadi pada posisi “sidik jari” atom dan molekul yang kita amati. Sidik cahaya berupa garis serapan dalam spektrum planet yang kita amati, bergeser saat kecepatannya berubah. Fenomena ini kita kenal sebagai efek Doppler. 

Efek Doppler memungkinkan pengamat untuk membedakan sinyal planet yang sangat redup dari sinyal bintang induk yang sangat terang dan memiliki kecepatan relatif tetap. Dengan demikian, meskipun teleskop modern saat ini belum mampu memotret exoplanet Jupiter-panas, upaya untuk memahami planet-planet tersebut bisa dilakukan secara tidak langsung.

Dengan memanfaatkan karakteristik unik IRD, kita bisa mendeteksi sinyal OH yang sangat lemah dari atmosfer planet itu. Tapi untuk saat ini, teknis tersebut hanya bisa diaplikasikan pada planet yang panas. Meskipun demikian, di masa depan para peneliti berencana mengembangkan instrumen dan teknik yang bisa diterapkan untuk planet yang lebih dingin, dan planet-planet serupa Bumi. 

Di masa depan, kehadiran teleskop generasi baru seperti Thirty Meter Telescope (teleskop berdiameter 30 m) dan European Extremely Large Telescope (teleskop berdiameter 39,3 m) akan menjadi tahap lanjut dari pengamatan serupa untuk mencari jejak kehidupan pada planet batuan yang lebih kecil.


Profil Dr. Stevanus K. Nugroho:

Ditulis oleh

Stevanus Kristianto Nugroho

Astronom yang berasal dari Jawa Timur dan saat ini bekerja di Astrobiology Center, Jepang dan Queen’s University Belfast, UK. Alumni Astronomical Institute of Tohoku University ini mempelajari atmosfer extrasolar planet khususnya dengan spektroskopi resolusi tinggi di panjang gelombang visual dan inframerah. Saat kuliah di jurusan Fisika Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya (ITS), Stevanus fokus mempelajari bintang variabel CY Aqr di Observatorium Bosscha. Beberapa tahun mengajar persiapan olimpiade astronomi di beberapa sekolah di Jawa Timur dan Kalimantan Timur. Hobi karaoke, main game, basket, fotografi, menjelajah tempat baru dan kuliner.

Tulis komentar dan diskusi...