Elemen Berat di Atmosfer Exoplanet

Para astronom menemukan elemen berat di atmosfer exoplanet. Barium. Inilah elemen terberat yang pernah ditemukan di exoplanet. 

Dalam astronomi, unsur berat itu unsur yang lebih berat dari hidrogen dan helium. Barium (Ba) yang adalah logam alkali tanah dengan nomor atom 56, jelas merupakan unsur berat. Menariknya, barium ternyata berhasil ditemukan di planet yang mengitari bintang lain. 

Tak hanya satu planet, para astronom menemukan barium pada lapisan atas atmosfer dua exoplanet Jupiter ultrapanas! Tak cuma itu, kedua planet ini mengitari dua bintang berbeda. Exoplanet WASP-76 b dan WASP-121 b. 

Unsur berat: Barium 

Barium (Ba) merupakan logam alkali tanah yang lunak dan keperakan dengan nomor atom 56. Di Bumi, barium tidak ditemukan sebagai unsur bebas karena sangat reaktif. Karena itu, barium hanya bisa ditemukan ketika sudah bergabung dengan unsur lain. 

Kita bisa menemukan barium di atmosfer dari hasil emisi industri saat penambangan, pemurnian, pembakaran fosil sebagai bahan bakar, dan naiknya tanah dan debu ke udara. Selain itu, abu batubara juga mengandung barium dengan jumlah yang beragam. Sebagian besar barium yang dilepaskan ke alam berasal dari industri dan tidak mudah tersebar luas. Sementara itu, di atmosfer, barium bisa ditemukan dalam bentuk partikulat atau partikel berukuran lebih kecil dari 2.5 mikron.

Dua Exoplanet Jupiter Ultrapanas

Exoplanet WASP-76 b dan WASP-121 b merupakan dua planet Jupiter ultrapanas yang mengitari bintang dari jarak yang sangat dekat. 

WASP-76 b mengitari bintang WASP-76 di rasi Pisces. Massanya 0,92 massa Jupiter atau hampir setara Jupiter dan berukuran 1,83 kali ukuran Jupiter.  Sedangkan WASP-121 b merupakan planet yang mengorbit bintang WASP-121 di rasi Puppis yang jaraknya 850 tahun cahaya dari Bumi. Planet ini lebih masif 1,18 kali dari Jupiter dengan ukuran hampir dua kali Jupiter. 

Planet WASP-76 b mengitari bintang induknya dari jarak 0,03 AU atau 4,9 juta km! Sementara itu, planet WASP-121 b mengorbit dari jarak 0,0254 atau 3,8 juta km. Lebih dekat lagi dibanding WASP-76 b. Implikasinya, berada pada jarak yang sangat dekat, kedua planet hanya butuh waktu 1-2 hari untuk mengelilingi bintang induk mereka. 

WASP-76 b mengelilingi bintang dalam 1,8 hari sedang WASP-121 b hanya butuh 1,27 hari untuk menyelesaikan orbitnya. Bayangkan jika setahun hanya kurang dari dua hari. 

Berada dekat bintang, kedua planet tidak hanya cepat menyelesaikan putaran orbitnya. Keduanya juga luar biasa panas. Suhu di planet WASP-76b berkisar 2400 ºC. Di planet ini besi netral bisa menguap dan uap besi itu bisa mengembun sampai 1400 ºC dan menghasilkan hujan besi. Planet WASp-121 b sedikit lebih panas dibanding WASP-76 b. Suhunya mencapai 2500 ºC dan besi netral ternyata ada di planet ini. 

Keberadaan kedua planet yang dekat dengan bintang menjadi keuntungan tersendiri. Para astronom bisa lebih mudah mempelajari atmosfer keduanya. Apalagi, keduanya merupakan planet Jupiter ultrapanas. Atmosfer planet gas raksasa yang tebal atau sangat merentang lebih mudah diamati dibanding atmosfer pada planet yang lebih kecil dan lebih dingin. 

Atmosfer Exoplanet 

Pengamatan atmosfer ini tentu saja masih menggunakan metode transit. Para astronom membandingkan spektrum cahaya bintang tanpa planet dan saat planet sedang transit. Ini karena saat planet melintasi bintang, meskipun cahaya bintang terhalang namun ada yang melewati atmosfer dan terserap oleh komponen kimia di atmosfer. Dari sini para astronom bisa mengetahui komponen kimia apa saja yang ada di atmosfer planet.

Hasil pengamatan pada tahun 2020 memperlihatkan kehadiran besi, selubung awan hidrogen-helium, titanium oksida, dan vanadium, di planet WASP-76 b. Untuk WASP-121 b, pengamatan tahun 2015 dan 2020 memperlihatkan keberadaan besi di stratosfer, kromium, vanadium, magnesium, kalsium, nikel, dan atom sodium terionisasi. 

Barium di Atmosfer

Pengamatan terbaru dengan instrumen ESPRESSO pada Very Large Telescope (VLT) ESO, justru memperlihatkan keberadaan barium yang lebih berat 2,5 kali dari besi, di atmosfer atas WASP-76 b dan WASP-121 b.

Ada yang menarik. Pada planet yang gravitasinya besar seperti Jupiter, elemen berat seperti barium harusnya dengan cepat jatuh ke atmosfer lapisan bawah.  Singkatnya, barium seharusnya tidak berada di lapisan atas atmosfer.

Tapi, kenyataannya barium ada di lapisan atas atmosfer dua planet Jupiter ultrapanas. Dan hal ini sekaligus memperlihatkan kemungkinan kalau planet tipe ini bisa jadi jauh lebih aneh dan lebih eksotis dibanding dugaan sebelumnya. 

Di Bumi, kita bisa melihat barium dalam warna hijau terang kembang api yang menyala terang di langit. Tapi, bagaimana barium bisa ada di lapisan atas atmosfer? Proses alam apa yang bisa membuat barium berada pada ketinggian tersebut?

Jawabannya, belum ada mekanisme yang bisa menjawab pertanyaan ini. 

Tapi tentu saja para astronom tidak berhenti di sini. Pengamatan lebih lanjut dengan instrumen resolusi tinggi seperti ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES) yang akan dipasang pada Extremely Large Telescope (ELT) akan memberi tambahan informasi untuk menyingkap cerita yang terjadi di planet Jupiter ultrapanas tersebut. Dan harapannya, kita juga bisa mempelajari atmosfer planet-planet batuan seperti Bumi di masa depan.