Evolusi Exoplanet: Dari Neptunus-mini Menjadi Bumi-super

Ketika planet Neptunus-mini kehilangan atmosfer, tipe planet ini kemudian berevolusi menjadi planet batuan Bumi-super. 

Inilah yang terjadi pada dua exoplanet Neptunus-mini yang diamati para astronom. Radiasi bintang melucuti atmosfer kedua planet. Akibatnya, gas panas yang ada di planet menguap seperti uap air yang sedang mendidih. 

Neptunus-mini dan Bumi-Super

Di Tata Surya kita mengenal planet batuan dan planet gas. Pada jajaran planet batuan ada Mrkurius, Venus Bumi, dan Mars. Bumi yang paling besar di antara ke-4 planet tersebut. Sementara itu pada jajaran planet gas ada Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Jupiter merupakan planet terbesar dan Neptunus planet gas terkecil. Yang menarik, planet batuan berada dekat dengan Matahari, sedangkan planet gas justru berada jauh dari Matahari.

Dan ini yang dijadikan standar untuk tipe planet yang diharapkan ditemukan pada bintang lain. Kenyataannya, sejak exoplanet ditemukan, para astronom justru memperoleh kejutan. Planet yang ditemukan memiliki tipe yang berbeda dari yang ada di Tata Surya. 

Planet gas raksasa, tapi lokasinya justru di dekat bintang. Tidak berada jauh dari bintang seperti pada Tata Surya. Para astronom mengkategorikan exoplanet ini sebagai planet Jupiter panas

Selain itu ada planet batuan tapi jauh lebih besar dari Bumi atau planet gas mirip Neptunus tapi lebih kecil, lebih padat, dengan inti batuan besar dan diselubungi gas tebal. Kedua jenis planet ini kemudian dikategorikan sebagai planet Bumi-super dan Neptunus-mini. 

Tapi, ada yang menarik. 

Planet Bumi-super yang ditemukan sampai saat ini, ukurannya 1,6 kali diameter Bumi, sedangkan Neptunus-mini justru berkisar antara 2 sampai 4 kali ukuran Bumi. Hanya beberapa planet yang ditemukan dengan ukuran antara 1,6 – 2 kali ukuran Bumi.

Mengapa ada gap antara ukuran Bumi-super dan Neptunus-mini?

Gap Ukuran Exoplanet

Untuk menjelaskan gap penemuan planet berukuran antara Bumi-super dan Neptunus-mini, para astronom membangun beberapa teori. 

Salah satu penjelasan yang diberikan, planet Neptunus-mini berevolusi menjadi planet Bumi-super. 

Ketika terbentuk, planet Neptunus-mini berada dalam kepompong atmosfer primordial yang didominasi oleh hidrogen dan helium. Gas hidrogen dan helium ini merupakan sisa gas pembentukan bintang pusat pada sistem. 

Jika planet Neptunus-mini yang terbentuk cukup kecil dan dekat dengan bintang, maka radiasi sinar-X dan sinar UV (ultraungu) dari bintang akan melucuti atmosfer planet. Proses ini berlangsung selama ratusan dan jutaan tahun sampai akhirnya selubung gas planet Neptunus-mini yang tebal hanya menyisakan inti batuan yang cukup besar dengan atmosfer tipis seperti planet batuan lainnya. 

Planet tipe Neptunus-mini tidak bisa lama berada pada gap karena planet dengan kepompong gas yang tebal ini punya gravitasi yang cukup kuat untuk menarik lebih banyak gas dan mencapai ukuran yang lebih besar. Atau justru kepompong gasnya lebih tipis sehingga akhirnya dengan mudah tersapu oleh radiasi bintang dan planet pun bertransformasi menjadi planet Bumi-super. 

Skenario lain yang bisa menjelaskan terjadinya gap adalah, planet batuan kecil memang sejak awal gagal mengakresi atau menangkap gas untuk jadi selubungnya. Dan planet Neptunus-mini merupakan planet air yang tidak diselubungi gas.

Penemuan para astronom justru mendukung ide transformasi planet Neptunus-mini menjadi planet Bumi-super.

Tertangkap Basah

Pengamatan dengan teleskop di Observatorium W.M. Keck di puncak Mauna Kea, Hawai’i menangkap basah bukan hanya satu planet yang sedang kehilangan atmosfernya. Para astronom menjadi saksi bagaimana dua planet sedang “menguap” ketika dipanasi oleh radiasi bintang. 

Dua planet ini juga bukan mengorbit satu bintang. Ini adalah hasil pengamatan dua sistem pada dua bintang berbeda. Yang pertama adalah bintang TOI 560 yang berada 103 tahun cahaya dari Bumi, dan bintang HD 63433 pada jarak 73 tahun cahaya. 

Bintang pertama, TOI 560 atau HD 73583. Planetnya kita beri nama TOI 560.01 atau HD 73583b. Ukurannya 2,8 kali diameter Bumi dan mengorbit sebuah bintang yang lebih dingin dari Matahari dengan periode orbit 6,4 hari. Jaraknya ke bintang cukup dekat yakni 9 juta km dan tentunya pada jarak sedekat ini, planet juga sangat panas. 

Hasil pengamatan memperlihatkan helium yang lepas dari planet, bergerak dengan kecepatan 20 km/detik. Yang menarik, gas yang lepas itu bukannya menjauh dari bintang setelah terpapar angin bintang melainkan bergerak ke arah bintang.

Planet kedua adalah HD 63433c yang ukurannya 2,67 kali diameter Bumi. Planet ini mengitari bintang setiap 20 hari dari jarak 22 juta km dari bintang. Jarak ini kurang dari sepertiga jarak Merkurius ke Matahari. Planet ini juga sama seperti TOI 560.01. Sangat panas! 

Para astronom menemukan terjadinya penyerapan cahaya bintang oleh atom hidrogen di planet. Dan dari pergeseran Doppler, gas ini bergerak menjauh dari planet dengan kecepatan 50 km/detik atau 1800 km/jam.  Akibatnya, setiap satu miliar tahun, planet HD 63433c mengalami kehilangan setara 10% massa Bumi.

Tapi, para astronom tidak menemukan kehilangan gas pada planet Neptunus-mini HD 63433b. Tampaknya, planet HD 63433b sudah mengalami kehilangan gas di atmosfer. 

Gas Yang Lepas

Selubung atau kepompong gas kedua planet sangat tebal. Kepompong gas di sekitar TOI 560.01 memiliki radius 3,5 kali radius (jejari) planet sedangkan selubung gas pada HD 63433 c jauh lebih tebal yakni 12 kali radius planet!

Akan tetapi, dari laju pergerakan gas kedua planet Neptunus-mini, yakni 20 km/detik pada TOI 560.01 dan 50 km/detik pada HD 63433c, maka tampaknya gravitasi planet tidak cukup kuat untuk menahan gas.  Akibatnya, terjadi kehilangan atmosfer dalam jumlah besar dan planet Neptunus-mini pun bertransformasi menjadi planet Bumi-super.