Penemuan planet ekstrasurya ‘permen kapas’ yang sangat tipis mengejutkan para ilmuwan – ‘Kami tidak dapat menjelaskan bagaimana planet ini terbentuk’

Para astronom telah menemukan planet masif dengan kepadatan rendah yang disebut WASP-193b, yang 50% lebih besar dari planet kita. Jupiter Namun memiliki kepadatan yang mirip dengan permen kapas. Penemuan ini menantang teori pembentukan planet saat ini, karena para ilmuwan tidak dapat menjelaskan bagaimana planet tersebut terbentuk.

Para astronom telah menemukan bola asing yang sangat besar dan berbulu halus dari sebuah planet yang mengorbit bintang jauh di galaksi kita Bima Sakti galaksi. Penemuan ini dilaporkan pada 14 Mei di jurnal Astronomi alam Oleh peneliti dari denganPenemuan yang dilakukan di Universitas Liège di Belgia dan di tempat lain ini merupakan kunci yang menjanjikan untuk mengungkap misteri bagaimana planet raksasa ultra-ringan ini terbentuk.

Planet baru yang diberi nama WASP-193b ini tampak seperti planet katai seukuran Jupiter, namun kepadatannya hanya sepersekian dari kepadatannya. Para ilmuwan menemukan bahwa raksasa gas ini 50% lebih besar dari Jupiter, dan kepadatannya sekitar sepersepuluh, yang sangat rendah, mirip dengan kepadatan permen kapas.

WASP-193b adalah planet teringan kedua yang pernah ditemukan, setelah planet terkecil, Neptunus-Seperti Dunia, Kepler 51d. Ukuran planet baru yang jauh lebih besar, dikombinasikan dengan kepadatannya yang sangat ringan, menjadikan WASP-193b sebagai planet yang aneh di antara lebih dari 5.400 planet yang ditemukan sejauh ini.

“Menemukan objek raksasa dengan kepadatan sekecil itu sangatlah jarang,” kata Khaled Al-Barqawi, penulis utama studi dan peneliti postdoctoral di MIT. “Ada kelas planet yang disebut Jupiter bengkak, dan mereka telah menjadi misteri selama 15 tahun mengenai apa sebenarnya planet tersebut.

“Kami tidak tahu di mana menempatkan planet ini dalam semua teori pembentukan yang kami miliki sekarang, karena semuanya merupakan anomali,” tambah penulis utama Francisco Pozuelos, peneliti senior di Institut Astrofisika di Andalusia. Di spanyol. “Kami tidak dapat menjelaskan bagaimana planet ini terbentuk berdasarkan model evolusi klasik. Melihat lebih dekat atmosfernya akan memungkinkan kita memperoleh jalur evolusi planet ini.”

Rekan penulis studi MIT termasuk Julian de Wit, asisten profesor di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet MIT, dan Artem Burdanov, peneliti pascadoktoral di MIT, bersama dengan kolaborator dari berbagai institusi di seluruh Eropa.

Kesan artis terhadap sistem WASP-193b. Kredit: Universitas Liège

“Perkembangan yang menarik”

Planet baru ini awalnya ditemukan oleh Wide Angle Search for Planets Project, atau WASP, sebuah kolaborasi internasional antara institusi akademis yang bersama-sama mengoperasikan dua observatorium robotik, satu di belahan bumi utara dan satu lagi di selatan. Setiap observatorium menggunakan serangkaian kamera sudut lebar untuk mengukur kecerahan ribuan bintang di seluruh langit.

Dalam survei yang dilakukan antara tahun 2006 dan 2008, dan juga dari tahun 2011 hingga 2012, WASP-South Observatory mendeteksi transit periodik, atau penurunan cahaya, dari WASP-193, sebuah bintang terang mirip Matahari yang terletak 1.232 tahun dari Bumi . Para astronom menentukan bahwa penurunan kecerahan bintang secara berkala konsisten dengan adanya planet yang mengorbit bintang dan menghalangi cahayanya setiap 6,25 hari. Para ilmuwan mengukur jumlah total cahaya yang diblokir oleh planet ini pada setiap transit, sehingga memberi mereka perkiraan ukuran planet raksasa tersebut, kira-kira sebesar super-Jupiter.

Selanjutnya, para astronom berupaya menentukan massa planet, suatu ukuran yang kemudian akan mengungkapkan kepadatannya dan mungkin juga petunjuk mengenai komposisinya. Untuk mendapatkan perkiraan massa, para astronom biasanya menggunakan kecepatan radial, suatu teknik yang digunakan para ilmuwan untuk menganalisis spektrum bintang, atau panjang gelombang cahaya yang berbeda, saat planet mengorbit bintang tersebut. Spektrum bintang dapat berubah dengan cara tertentu tergantung pada apa yang menarik bintang tersebut, seperti planet yang diorbitnya. Semakin masif suatu planet, dan semakin dekat jaraknya dengan bintangnya, semakin banyak pergeseran spektrumnya – sebuah distorsi yang dapat memberikan gambaran kepada para ilmuwan tentang massa planet tersebut.

Untuk WASP-193 b, para astronom memperoleh tambahan spektrum resolusi tinggi dari bintang yang diambil oleh berbagai teleskop berbasis darat, dan mencoba menggunakan kecepatan radial untuk menghitung massa planet. Namun planet tersebut tetap terlihat kosong – khususnya, ternyata planet tersebut terlalu terang untuk dapat dideteksi oleh bintangnya.

“Planet-planet besar biasanya sangat mudah dideteksi karena biasanya berukuran masif dan berdampak besar pada bintangnya,” jelas De Wit. “Tetapi yang sulit dari planet ini adalah, meskipun sangat besar, massa dan kepadatannya sangat rendah sehingga sangat sulit untuk dideteksi hanya dengan menggunakan teknik kecepatan radial. Ini adalah perkembangan yang menarik.”

“[WASP-193b] “Hal ini sangat ringan sehingga memerlukan waktu empat tahun untuk mengumpulkan data dan menunjukkan adanya sinyal massal, namun sebenarnya sinyal tersebut sangat kecil,” kata Barqawi.

“Awalnya kami mendapatkan kepadatan yang sangat rendah, dan pada awalnya sangat sulit dipercaya,” tambah Buzuelos. “Kami mengulangi proses analisis semua data beberapa kali untuk memastikan bahwa ini adalah kepadatan sebenarnya dari planet ini karena sangat langka.”

Dunia yang meningkat

Pada akhirnya, tim memastikan bahwa planet tersebut memang sangat ringan. Mereka menghitung massanya sekitar 0,14 massa Jupiter. Kepadatannya, berdasarkan massanya, adalah sekitar 0,059 gram per sentimeter kubik. Sebaliknya, berat Jupiter sekitar 1,33 gram per sentimeter kubik; Bumi lebih besar 5,51 gram per sentimeter kubik. Mungkin zat yang kepadatannya paling dekat dengan planet bengkak baru ini adalah permen kapas, yang memiliki kepadatan sekitar 0,05 gram per sentimeter kubik.

“Planet ini sangat ringan sehingga sulit untuk memikirkan materi padat yang sebanding,” kata Barqawi. “Alasan mengapa planet ini mirip dengan permen kapas adalah karena keduanya sebagian besar terbuat dari gas ringan dibandingkan padatan. Planet ini pada dasarnya sangat tipis.”

Para peneliti menduga bahwa planet baru ini sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium, seperti kebanyakan gas raksasa lainnya di galaksi. Untuk WASP-193b, gas-gas ini kemungkinan besar membentuk atmosfer yang sangat menggembung yang membentang puluhan ribu kilometer di luar atmosfer Jupiter. Bagaimana sebuah planet bisa membengkak sedemikian rupa dan tetap mempertahankan kepadatan cahaya ekstrem adalah sebuah pertanyaan yang belum dapat dijawab oleh teori pembentukan planet apa pun.

Untuk mendapatkan gambaran yang lebih baik tentang dunia tipis baru ini, tim berencana menggunakan teknik D-Wit yang dikembangkan sebelumnya untuk terlebih dahulu memperoleh sifat-sifat tertentu dari atmosfer planet, seperti suhu, komposisi, dan tekanan pada kedalaman berbeda. Sifat-sifat ini kemudian dapat digunakan untuk menghitung massa planet secara akurat. Untuk saat ini, tim melihat WASP-193b sebagai kandidat ideal untuk studi lanjutan oleh observatorium seperti WASP-193b. Teleskop Luar Angkasa James Webb.

“Semakin besar atmosfer suatu planet, semakin banyak cahaya yang dapat melewatinya,” kata de Wit. “Jadi planet ini jelas merupakan salah satu target terbaik yang kita miliki untuk mempelajari efek atmosfer. Ini akan berfungsi sebagai Batu Rosetta dalam upaya memecahkan misteri tonjolan Jupiter.”

Referensi: “Atmosfer dengan kepadatan rendah dan luas di sekitar planet seukuran Jupiter WASP-193 b” oleh Khaled Al-Barqawi, Francisco J. Bozuelos, Coyle Hillier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michael Gillon, Julian de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Held, Emmanuel Jehin, Brice Olivier Demaure, Valérie van Grootel, Abderrahmane Sepkew, Mourad Ghashoui, David. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Laetitia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F. L. Maxted, Catriona A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audrey, Mathilde Timmermans, Amaury H.M.G. Triode, dan Richard G. West, 14 Mei, Astronomi alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Penelitian ini sebagian didanai oleh Asosiasi Universitas dan Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris untuk WASP; Dewan Riset Eropa; Persatuan Wallonia-Brussel; dan Heising-Simons Foundation, Colin dan Leslie Masson, serta Peter A. Gilman, yang mendukung Artemis dan teleskop SPECULOOS lainnya.