Para ilmuwan di balik penemuan ini berasal dari Institut Astronomi Universitas Nicolaus Copernicus: dr. habil. Gracjan Maciejewski, NCU Prof., prof. dr habil. Andrzej Niedzielski, prof. dr habil. Krzysztof Goździewski dan mahasiswa astronomi tahun kelima, Julia Sierzputowska. Bekerja sama dengan para peneliti dari Spanyol dan Amerika Serikat, termasuk Prof. Aleksander Wolszczan, mereka menjelaskan penemuan kosmik tersebut dalam jurnal ilmiah bergengsi “Astronomi & Astrofisika”.
Bintang yang tidak mencolok dengan planet yang sangat besar
Kita berhadapan dengan sebuah exoplanet yang sangat masif – sebanyak sebelas kali massa Jupiter, planet terbesar di Tata Surya kita. Planet ini mengorbit bintang induknya dalam waktu 14 tahun, dan berjarak enam unit astronomi darinya (satuan astronomi [a.u.] adalah ukuran jarak konvensional yang digunakan dalam astronomi, jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. Jaraknya adalah 149.597.870,7 km. Misalnya: Bulan berjarak 0,026 au dari Bumi, sedangkan Jupiter berjarak 5,2 au dari Matahari).
“Kita tidak dapat melihat planet, tetapi kita dapat melihat bintang yang mengorbitnya – dengan teleskop kecil sekecil 10 cm. Parameter fisik bintang tersebut mirip dengan Matahari. Data menunjukkan bahwa massanya 20 persen lebih besar dan dua kali lebih besar dari Matahari. Menariknya, bintang tersebut telah menyelesaikan tahap evolusi yang saat ini dialami Matahari; bintang tersebut memiliki halaman belakang '5 miliar tahun di belakangnya. Oleh karena itu, kita dapat memperkirakan bahwa ini juga merupakan usia seluruh sistem planet,” jelas Dr. Habil. Gracjan Maciejewski, NCU Prof., pemimpin kelompok penelitian dari Institut Astronomi NCU. “Bintang tersebut terletak di sisi utara langit di konstelasi Beruang Besar dan diberi sebutan HD 118203, karena pertama kali tercantum dalam katalog bintang Henry Draper dengan nomor ini.”
Teleskop yang digunakan untuk membuat pengamatan untuk katalog ini lebih dari satu abad lalu kini berada di observatorium kami di Piwnice, dekat Torun.
Teleskop Draper adalah salah satu astrograf pertama di dunia, atau perekam fotografi fenomena bola langit. Teleskop ini dibuat pada tahun 1891 sebagai 'peringatan' bagi fisikawan spektroskopi Amerika yang meninggal sebelum waktunya, Henry Draper. Bersama istrinya, Anna Maria, ia mendukung program ambisius Observatorium Harvard yang dipimpin oleh Edward C. Pickering untuk mengembangkan katalog kecerahan bintang secara fotografis dan fotovisual serta klasifikasi spektralnya. Lebih dari 60.000 gambar fotometrik dan spektral langit diambil dengan teleskop di Cambridge ini. Teleskop ini berkontribusi besar terhadap tujuan Pickering sehingga inventaris yang disusun yang berisi hampir seperempat juta bintang disebut katalog Henry Draper. Sebutan bintang 'HD' masih digunakan hingga saat ini dan dikenal oleh semua astronom di seluruh dunia.
Bagaimana astrograf Draper sampai di Piwnice? Pada musim gugur 1947, pembangunan paviliun observatorium pertama Observatorium Astronomi NCU dengan kubah berputar berdiameter lima meter dimulai. Dua tahun kemudian, sebuah astrograf yang dikirim dari Cambridge berdiri di sana dan, setelah penyesuaian yang diperlukan, memulai pekerjaan observasi rutin.
Saat ini monumen menarik ini, satu-satunya di dunia, telah menjadi daya tarik bagi pengunjung Institut Astronomi NCU di Piwnice.
Kesabaran membuahkan hasil
Selama hampir 20 tahun, para astronom telah mengetahui bahwa bintang HD 118203 mengorbit sebuah planet yang cukup masif. Pada tahun 2006, raksasa gas pertama ditemukan, dengan massa dua kali massa Jupiter, yang mengorbit bintang dalam orbit yang rapat hanya dalam waktu enam hari.
“Namun, pengamatan Doppler menunjukkan bahwa ini bukanlah akhir cerita, bahwa mungkin ada planet lain di luar sana. Oleh karena itu, kami segera memasukkan sistem ini ke dalam program pengamatan kami,” kata Prof. Andrzej Niedzielski, salah satu penulis penemuan tersebut. “Awalnya, sebagai bagian dari program penelitian eksoplanet Torun-Pennsylvania, yang dilakukan bekerja sama dengan Profesor Aleksander Wolszczan, kami melacak objek tersebut dengan salah satu instrumen optik terbesar di Bumi, Teleskop Hobby-Eberly sepanjang sembilan meter di Texas.”
Hasilnya sangat menjanjikan sehingga orang-orang Torunian, dengan kolaborator dari Spanyol, melanjutkan pengamatan bintang di Kepulauan Canary, menggunakan teleskop Galileo milik Italia. Observatorium ini dilengkapi dengan instrumentasi terbaik yang dirancang untuk menemukan planet.
“Akan tetapi, penelitian selama delapan tahun belum memberikan jawaban mengenai jenis objek tersebut,” imbuh Prof. Niedzielski.
Butuh tujuh tahun lagi bagi para astronom di Torun untuk memperoleh bukti tak terbantahkan bahwa mereka berurusan dengan sebuah planet.
“Kesabaran membuahkan hasil,” kata Prof. Maciejewski. “Pengamatan baru yang dikumpulkan pada bulan Maret 2023 terbukti penting dalam menentukan parameter orbit planet. Selain itu, karena sebuah planet membutuhkan waktu beberapa tahun untuk mengorbit bintangnya, kami dapat menggabungkan pengamatan Doppler kami dengan pengukuran astrometri yang tersedia untuk menentukan massanya secara jelas. Hal ini memungkinkan kami untuk membangun model lengkap sistem planet ini dan mempelajari perilaku dinamisnya.”
Namun, sebelum itu, perlu dipastikan bahwa tidak ada lagi planet yang bersembunyi di dalam sistem tersebut. Tugas ini dilakukan oleh Julia Sierzputowska, seorang mahasiswa astronomi.
“Saya menganalisis pengamatan fotometrik yang diperoleh dengan teleskop luar angkasa Transiting Exoplanet Survey Satellite, yang menunjukkan bahwa tidak ada planet lain di sekitar HD 118203 yang lebih besar dari dua kali ukuran Bumi, dan karena itu tidak cukup besar untuk relevan dalam mempelajari dinamika sistem.”
Tandem planet
Ternyata para astronom telah menemukan sistem planet hierarkis.
“Ini adalah konfigurasi aneh di mana satu planet membentuk pasangan yang rapat dengan bintangnya, dan planet kedua mengorbit pasangan tersebut dalam orbit yang cukup lebar untuk, seolah-olah, membentuk pasangan lain dengan planet pertama,” jelas Prof. Krzysztof Goździewski, yang melakukan studi numerik terperinci tentang dinamika sistem tersebut.
Kedua planet itu sangat besar dan mengorbit dalam orbit yang agak memanjang. Meskipun demikian, pengaruh gravitasi mereka tidak mengganggu sistem dalam skala jutaan tahun.
“Kami telah menunjukkan bahwa hal ini disebabkan oleh efek yang timbul dari teori relativitas umum. Jika tidak ada efek ini, planet-planet akan berperilaku seperti pegas yang bergetar, terus-menerus mengubah bentuk orbit dan orientasinya di ruang angkasa,” tambah Prof. Goździewski.
Jawaban kosmik
Para astronom mengakui bahwa pengetahuan tentang pembentukan dan evolusi sistem planet masih menyembunyikan banyak hal mendasar yang tidak diketahui. Sistem hierarkis seperti HD 118203, yang hanya diketahui selusin, memungkinkan mereka untuk menyelidiki hipotesis pembentukan planet masif.
“Pertanyaan yang menarik adalah tentang jalur perkembangan konfigurasi planet seperti itu,” kata Prof. Maciejewski. “Meskipun dari sudut pandang kami – penghuni Tata Surya – mereka cukup 'eksotik', mempelajari sistem dengan planet gas masif tampaknya penting agar kita dapat mengenal 'halaman belakang astronomi' terdekat kita.”
“Pekerjaan kami belum berakhir. Kami masih melakukan pengamatan dan menganalisis data – masih ada peluang untuk penemuan planet lebih lanjut,” kata Prof Niedzielski. “Sangat menggembirakan bahwa kami berhasil melibatkan mahasiswa dan mahasiswa doktoral dalam penelitian yang menarik dan penting ini.”