Asal usul Bumi dan Tata Surya menginspirasi para ilmuwan dan masyarakat. Dengan mempelajari keadaan planet asal kita dan objek-objek lain di Tata Surya saat ini, para peneliti telah mengembangkan gambaran rinci tentang kondisi ketika mereka berevolusi dari piringan debu dan gas yang mengelilingi bayi matahari sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu.
Tiga cincin mengisyaratkan dua planet
Dengan kemajuan luar biasa yang dicapai dalam penelitian pembentukan bintang dan planet yang ditujukan pada benda-benda langit yang jauh, kita sekarang dapat menyelidiki kondisi lingkungan di sekitar bintang-bintang muda dan membandingkannya dengan kondisi yang diperoleh pada awal Tata Surya. Dengan menggunakan Very Large Telescope Interferometer (VLTI) milik European Southern Observatory (ESO), tim peneliti internasional yang dipimpin oleh József Varga dari Observatorium Konkoly di Budapest, Hongaria, melakukan hal tersebut. Mereka mengamati piringan pembentuk planet bintang muda HD 144432, yang berjarak sekitar 500 tahun cahaya.
“Saat mempelajari distribusi debu di wilayah terdalam piringan, untuk pertama kalinya kami mendeteksi struktur kompleks di mana debu menumpuk dalam tiga cincin konsentris di lingkungan seperti itu,” kata Roy van Boekel. Dia adalah ilmuwan di Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, Jerman dan salah satu penulis artikel penelitian mendasar yang dimuat di jurnal Astronomy & Astrophysics. “Wilayah tersebut sesuai dengan zona terbentuknya planet-planet berbatu di Tata Surya”, tambah van Boekel. Dibandingkan dengan Tata Surya, cincin pertama di sekitar HD 144432 terletak dalam orbit Merkurius, dan cincin kedua dekat dengan lintasan Mars. Selain itu, cincin ketiga kira-kira sesuai dengan orbit Jupiter.
Hingga saat ini, para astronom telah menemukan konfigurasi seperti itu terutama pada skala yang lebih besar yang sesuai dengan wilayah di luar tempat Saturnus mengelilingi Matahari. Sistem cincin pada piringan di sekitar bintang muda umumnya menunjukkan planet-planet yang terbentuk di dalam celah tersebut saat mereka mengumpulkan debu dan gas dalam perjalanannya. Namun, HD 144432 adalah contoh pertama dari sistem cincin kompleks yang begitu dekat dengan bintang induknya. Itu terjadi di zona yang kaya akan debu, bahan penyusun planet berbatu seperti Bumi. Dengan asumsi cincin tersebut menunjukkan adanya dua planet yang terbentuk di dalam celah tersebut, para astronom memperkirakan massa cincin tersebut kira-kira menyerupai massa Jupiter.
Kondisinya mungkin mirip dengan Tata Surya awal
Para astronom menentukan komposisi debu di seluruh piringan hingga jarak dari bintang pusat yang sesuai dengan jarak Jupiter dari Matahari. Apa yang mereka temukan sangat familiar bagi para ilmuwan yang mempelajari Bumi dan planet-planet berbatu di Tata Surya: berbagai silikat (senyawa logam-silikon-oksigen) dan mineral lain yang terdapat di kerak dan mantel bumi, dan mungkin logam besi seperti yang terdapat di Merkurius dan Bumi. inti. Jika terkonfirmasi, penelitian ini akan menjadi penelitian pertama yang menemukan zat besi dalam piringan pembentuk planet.
“Para astronom sejauh ini telah menjelaskan pengamatan piringan berdebu dengan campuran karbon dan debu silikat, bahan yang kita lihat hampir di mana-mana di alam semesta,” jelas van Boekel. Namun, dari sudut pandang kimia, campuran besi dan silikat lebih mungkin terjadi pada daerah bagian dalam piringan yang panas. Dan memang benar bahwa model kimia yang diterapkan oleh Varga, penulis utama artikel penelitian yang mendasarinya, pada data memberikan hasil yang lebih sesuai ketika menggunakan besi daripada karbon.
Selain itu, debu yang diamati pada piringan HD 144432 bisa mencapai suhu 1.800 Kelvin (kira-kira 1.500 derajat Celcius) di bagian tepi dalam dan suhu sedang hingga 300 Kelvin (kira-kira 25 derajat Celcius) di bagian luarnya. Mineral dan besi meleleh dan mengembun kembali, seringkali dalam bentuk kristal, di daerah panas dekat bintang. Pada gilirannya, butiran karbon tidak akan bertahan terhadap panas dan malah muncul sebagai karbon monoksida atau gas karbon dioksida. Namun, karbon mungkin masih merupakan unsur penting dalam partikel padat di piringan luar yang dingin, yang tidak dapat dilacak oleh pengamatan yang dilakukan untuk penelitian ini.
Debu yang kaya zat besi dan miskin karbon juga cocok dengan kondisi di Tata Surya. Merkurius dan Bumi merupakan planet yang kaya akan zat besi, sedangkan Bumi mengandung karbon yang relatif sedikit. “Kami berpendapat bahwa piringan HD 144432 mungkin sangat mirip dengan Tata Surya awal yang menyediakan banyak zat besi ke planet berbatu yang kita kenal sekarang,” kata van Boekel. “Penelitian kami mungkin menjadi contoh lain yang menunjukkan bahwa komposisi Tata Surya kita mungkin cukup tipikal.”
Interferometri menyelesaikan detail kecil
Pengambilan hasil hanya mungkin dilakukan dengan pengamatan beresolusi sangat tinggi, seperti yang disediakan oleh VLTI. Dengan menggabungkan empat teleskop VLT 8,2 meter di Observatorium Paranal ESO, mereka dapat menyelesaikan rincian seolah-olah para astronom akan menggunakan teleskop dengan cermin utama berdiameter 200 meter. Varga, van Boekel dan kolaboratornya memperoleh data menggunakan tiga instrumen untuk mencapai cakupan panjang gelombang yang luas mulai dari 1,6 hingga 13 mikrometer, yang mewakili cahaya inframerah.
MPIA menyediakan elemen teknologi penting pada dua perangkat, GRAVITY dan Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE). Salah satu tujuan utama MATISSE adalah menyelidiki zona cakram pembentuk planet berbatu di sekitar bintang muda. “Dengan melihat bagian dalam piringan protoplanet di sekitar bintang, kami bertujuan untuk mengeksplorasi asal usul berbagai mineral yang terkandung dalam piringan tersebut – mineral yang nantinya akan membentuk komponen padat planet seperti Bumi,” kata Thomas Henning, direktur MPIA dan co-PI instrumen MATISSE.
Namun, menghasilkan gambar dengan interferometer seperti yang biasa kita peroleh dari teleskop tunggal tidaklah mudah dan memakan waktu. Penggunaan waktu observasi yang berharga untuk menguraikan struktur objek secara lebih efisien adalah dengan membandingkan data renggang dengan model konfigurasi target potensial. Dalam kasus disk HD 144432, struktur tiga cincin mewakili data terbaik.
Seberapa umumkah piringan pembentuk planet yang terstruktur dan kaya akan zat besi?
Selain Tata Surya, HD 144432 tampaknya memberikan contoh lain tentang pembentukan planet di lingkungan yang kaya akan zat besi. Namun, para astronom tidak akan berhenti sampai di situ. “Kami masih memiliki beberapa kandidat menjanjikan yang menunggu VLTI untuk memeriksanya lebih dekat”, van Boekel menekankan.
Dalam observasi sebelumnya, tim menemukan sejumlah piringan di sekitar bintang muda yang menunjukkan konfigurasi yang perlu ditinjau kembali. Namun, mereka akan mengungkap struktur dan kimianya secara detail menggunakan instrumentasi VLTI terbaru. Pada akhirnya, para astronom mungkin dapat mengklarifikasi apakah planet-planet umumnya terbentuk dalam piringan berdebu yang kaya akan zat besi di dekat bintang induknya.