BAGAIMANA cara menimbang berat sebuah planet yang tidak bisa dilihat dan berada sejauh belasan tahun cahaya? Para astronom kini memiliki jawabannya, yaitu dengan metode “membaca di antara cincin” atau mengamati struktur debu terang di sekitar bintang muda yang terbentuk akibat aktivitas planet bayi (exoplanet).
Secara umum, planet lahir dari debu, gas, dan fragmen kecil bernama planetesimal yang mengelilingi bintang muda. Materi tersebut berputar membentuk piringan protoplanet (protoplanetary disk). Pengamatan terbaru menunjukkan bahwa saat bayi planet mengorbit bintang induknya, mereka akan mengikis jalur khusus pada piringan gas dan debu tersebut.
“Kami telah lama memahami bahwa cincin dapat terbentuk dari debu terkonsentrasi yang menumpuk tepat di luar orbit planet muda yang tertanam, tetapi sejauh ini kami belum dapat menghubungkan fitur cincin ini dengan massa planet,” ujar pemimpin tim, Amena Faruqi dari Astronomy and Astrophysics Group di Universitas Warwick, Inggris, dalam sebuah pernyataan resmi.
“Dengan membaca ‘di antara cincin’, kami kini menemukan cara untuk merekonstruksi massa planet yang menciptakan cincin tersebut, bahkan ketika planet-planet itu terlalu redup atau terlalu tertanam untuk diamati secara langsung.”
“Cincin-cincin terang ini bukan sekadar struktur yang indah, mereka pada dasarnya adalah sidik jari planet,” tambahnya.
Menggunakan simulasi komputer, Faruqi dan rekan-rekannya menganalisis bagaimana massa exoplanet membentuk pola khas pada cincin debu. Mereka menemukan lebar cincin debu dan lokasi titik paling terang merupakan kunci utama untuk mengukur karakteristik planet yang tersembunyi. Hubungan ini tetap konsisten tanpa terpengaruh oleh panjang gelombang cahaya instrumen foto maupun ukuran butiran debu pada cincin.
Para ilmuwan menguji teknik baru ini pada sistem planet bernama PDS 70 yang berjarak sekitar 370 tahun cahaya dari Bumi. Sistem ini telah dipelajari menggunakan teleskop radio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di Cile.
“Salah satu kekuatan dari karya ini adalah tidak berhenti di ranah teori, kami telah mampu mengambil hasil simulasi ini dan menerapkannya langsung pada sistem nyata yang diamati,” kata Jessica Speedie dari Massachusetts Institute of Technology (MIT). “Menggunakan sistem PDS 70 sebagai laboratorium pengamatan secara khusus memungkinkan verifikasi nyata dari pendekatan tersebut, memberi kami keyakinan bahwa metode ini benar-benar siap untuk diterapkan secara luas secepat mungkin.”
PDS 70 menjadi subjek uji coba yang ideal karena memiliki dua exoplanet, PDS 70 b dan PDS 70 c, yang sudah berhasil dicitrakan langsung. Teknik baru ini menghasilkan estimasi massa PDS 70 c sekitar 7,5 kali massa Jupiter, selaras dengan perkiraan saat ini.
Hasil simulasi juga mengungkap planet yang berukuran besar dapat memerangkap debu di dalam cincin hingga setara 20 kali massa Bumi. Ralph Pudritz dari Departemen Fisika dan Astronomi di Universitas McMaster menyatakan hal ini menegaskan pengamatan ALMA, sekaligus memicu pertanyaan mengapa planet baru belum terdeteksi di dalam tumpukan debu tersebut. Menurutnya, temuan ini menunjukkan bahwa debu di sana cukup melimpah untuk memulai pembentukan planet baru.
Pada akhirnya, teknik mendeteksi sistem planet bayi ini diharapkan dapat membantu manusia memahami bagaimana sistem tata surya kita sendiri terbentuk sekitar 4,6 miliar tahun lalu.
Farzana Meru, anggota tim dari Departemen Fisika di Universitas Warwick, menyambut antusias momen ini. “Yang paling membuat saya bersemangat adalah ketepatan waktunya. Dengan ALMA yang menghasilkan gambar piringan yang semakin terperinci, dan fasilitas masa depan yang akan segera hadir, tidak pernah ada momen yang lebih baik untuk mengembangkan metode ini,” ujarnya. “Menggabungkan diagnostik berbasis debu kami dengan pengamatan tekanan gas akan membuka jendela baru yang kuat untuk melihat planet-planet tersembunyi yang membentuk piringan ini dan beragam sistem planet yang akan mereka bentuk selanjutnya.”
Penelitian komprehensif ini telah diterbitkan di The Astrophysical Journal. (Space/Z-2)