Para ilmuwan belum menemukan planet ekstrasurya berbatu yang memiliki udara. Namun kini mereka punya rencana.

Mungkin mengejutkan, sebagian besar bintang di galaksi tidak matahari klon tetapi bola gas dan plasma yang lebih kecil yang dikenal sebagai katai merah, sekitar setengah ukuran bintang Bumi.

Para astronom telah lama mengincar bintang-bintang ini sebagai tempat yang menarik untuk mencari dunia yang dapat dihuni. Bintang-bintang ini bukan hanya bintang yang paling padat penduduknya, tetapi planet-planetnya juga lebih mudah dipelajari dari sudut pandang praktis. Metode pendeteksi atmosfer saat ini bekerja paling baik ketika planet-planet mengorbit cukup dekat dengan bintang-bintangnya. ruang angkasaSuhu yang relatif lebih dingin pada bintang katai merah memberikan peluang bagi dunia untuk lebih dekat tanpa terbakar.

Meskipun katai merah berpotensial, tidak seorang pun tahu pasti apakah dunia mereka dapat memiliki atmosfer, atau zat kimia apa yang mungkin ada di udara mereka.

Para ilmuwan akan segera mulai menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dengan Teleskop Luar Angkasa James Webbsebuah kemitraan dari NASA dan mitranya di Eropa dan Kanada. Program skala besar baru akan mengalokasikan sekitar 500 jam untuk mengamati eksoplanet berbatu yang mengorbit bintang merah kecil, khususnya untuk mencari atmosfer.

Meskipun survei tersebut ditujukan untuk siklus penelitian keempat Webb, yang dimulai Juli mendatang, pengamatan mungkin dimulai lebih cepat, kata Néstor Espinoza, seorang astronom yang memimpin tim pelaksana program tersebut.

“Ini adalah salah satu program berisiko tinggi dan berhadiah tinggi,” katanya kepada Mashable. “Bayangkan bahwa untuk semua target, kami mendeteksi atmosfer. Lalu Anda menjawab pertanyaan, ‘Ya, atmosfer sangat umum di sekitar bintang-bintang ini. Itu berarti mungkin kehidupan dapat muncul.’ Di sisi lain, jika Anda mengetahui bahwa tidak satu pun dari mereka memiliki atmosfer, itu akan sangat menyedihkan, tetapi juga cukup menarik. Itu berarti bahwa sistem planet kita sebenarnya sangat, sangat istimewa.”

Sebagian besar astronom setuju bahwa mendeteksi atmosfer sangat penting dalam pencarian dunia yang layak huni. NASA dengan bercanda menyebut atmosfer Bumi sebagai “selimut keamanan”: Tanpanya, jenis kehidupan yang berkembang di sini tidak akan ada. Kepompong ini menahan oksigen di udara dan menyaring radiasi ultraviolet yang berbahaya dari matahari, sekaligus menjaga dunia kita tetap hangat. Lebih jauh lagi, ia menciptakan tekanan yang memungkinkan air cair terkumpul di permukaan.

Para ilmuwan telah menemukan tanda-tanda atmosfer di sekitar banyak planet. 5.700 orang exoplanet yang ditemukan sejauh ini, namun semuanya telah ada di sekitar planet gas raksasamenyukai Jupiterdengan udara yang sebagian besar terbuat dari hidrogen. Perburuan dunia yang lebih terestrial yang terbungkus dalam atmosfer pelindung sejauh ini luput dari perhatian para astronom, meskipun Webb baru-baru ini membantu para ilmuwan menemukan beberapa taruhan yang masuk akal, seperti 55 Cancri eBahasa Indonesia: GJ 486bDan LHS 1140 b.

Jennifer Lotz, yang mengarahkan operasi Webb dan Hubble di Space Telescope Science Institute di Baltimore, baru-baru ini memutuskan untuk memulai survei exoplanet berbatu menggunakan waktu diskresioner direktur, dengan cara yang sama seperti kampanye sains revolusioner seperti Gambar medan dalam Hubble membuahkan hasil. Selain karya Webb, survei baru tersebut akan mencakup sekitar 250 orbit pengamatan ultraviolet oleh teleskop Hubble untuk membantu mengkarakterisasi aktivitas bintang katai merah.

Hubble akan memainkan peran penting dalam mengungkap apakah salah satu dunia terestrial ini bisa mempertahankan suasana begitu dekat dengan bintang yang terus-menerus membombardirnya dengan radiasi.

“Ini adalah pesan yang indah untuk disampaikan,” kata Espinoza. “Orang-orang mengira Webb adalah penerus Hubble, tetapi itu tidak sepenuhnya benar. Mereka saling melengkapi. Ini adalah tim impian yang sempurna untuk melakukan pekerjaan ini.”

“Ini adalah tim impian yang sempurna untuk melakukan pekerjaan ini.”

Teknik gerhana sekunder

Sejak Webb mulai beroperasi, para peneliti sering menggunakan teknik yang disebut spektroskopi transmisi untuk mempelajari eksoplanet. Ketika planet-planet ini melintas di depan bintang induknya, cahaya bintang akan tersaring melalui atmosfernya. Molekul-molekul di dalam atmosfer menyerap panjang gelombang cahaya tertentu, atau warna-warna tertentu, sehingga dengan membagi cahaya menjadi bagian-bagian dasarnya — seperti pelangi — para astronom dapat mendeteksi segmen cahaya mana yang hilang untuk mengetahui susunan molekul atmosfer.

Namun metode tersebut memiliki kekurangan. Jika cahaya bintang benar-benar seragam, itu akan menjadi satu hal, tetapi bintang katai merah, yang juga dikenal sebagai katai M, bisa mendapatkan bintik bintang seperti matahari, yang menyebabkan variabilitas dalam sinyal. Masalah ini, yang disebut kontaminasi bintang, baru-baru ini mendorong para ilmuwan Webb untuk menggunakan teknik lain, yang dikenal sebagai pengamatan gerhana sekunder.

Dengan gerhana sekunderini seperti permainan petak umpet. Ilmuwan mengukur sinyal katai merah dan planet saat planet berada di sisi bintang. Kemudian, saat orbit planet membawa dunia di belakang bintang, ilmuwan mengumpulkan sinyal cahaya bintang itu sendiri. Dengan mengurangi bintang dari total, para peneliti kemudian dapat mengisolasi cahaya yang datang dari planet saja. Tim akan menggunakan filter panjang gelombang tertentu yang dapat mendeteksi karbon dioksida, yang diperkirakan sebagai bahan atmosfer.

Para ilmuwan juga akan melakukan pengukuran termal untuk mendapatkan gambaran awal apakah ada atmosfer di sana. Jika suhunya lebih rendah dari yang diharapkan, itu merupakan indikasi kuat bahwa atmosfer tebal sedang mendistribusikan energi dari sisi siang planet — belahan bumi yang menghadap bintang — ke sisi malam.

Survei Webb tentang Dunia Berbatu

Kampanye baru ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk melakukan survei 10 hingga 20 dunia berbatudengan penekanan pada planet antara 200 dan 450 Kelvin. Sebagai perbandingan, Bumi memiliki suhu 288 Kelvin, atau rata-rata 59 derajat Fahrenheit. Sebagian besar target akan berukuran kurang dari dua kali ukuran Bumi. Space Telescope Science Institute akan meminta bantuan penasihat untuk menentukan daftar target.

Bagi Kevin Stevenson, seorang astrofisikawan di Laboratorium Fisika Terapan Johns Hopkins, daftar keinginannya akan mencakup GJ 486 b, sebuah dunia yang sebelumnya telah ia pelajari, dan LTT 1445 A bsalah satu bukti kuat terdekat tentang keberadaan udara. Ia percaya kampanye Webb akan memajukan pemahaman manusia tentang dunia berbatu selama satu dekade.

“Program survei ini akan menjadi langkah besar berikutnya untuk menjawab pertanyaan, ‘Apakah kita sendirian?’” kata Stevenson dalam email. “Tanpa atmosfer, sulit untuk melihat bagaimana kehidupan, setidaknya seperti yang kita ketahui, dapat bertahan hidup di sebuah planet.”

“Program survei ini akan menjadi langkah besar berikutnya untuk menjawab pertanyaan, ‘Apakah kita sendirian?’”

Jika sebagian besar planet yang mengorbit bintang katai M ternyata tidak memiliki atmosfer, maka instrumen masa depan, Observatorium Dunia yang Dapat Dihunimenjadi semakin penting dalam pencarian kehidupan di luar tata surya ini, katanya. Teleskop mirip Hubble ini diharapkan akan fokus pada dunia terestrial yang mengorbit bintang-bintang seperti matahari.

Namun, terobosan ini dapat memberi dampak besar pada bagaimana Webb dan observatorium unggulan lainnya digunakan di masa mendatang, kata Sarah Moran, ilmuwan eksoplanet di Laboratorium Bulan dan Planet, Universitas Arizona.

“Jika program ini mampu menentukan secara meyakinkan bahwa salah satu dunia berbatu di sekitar bintang katai M memiliki atmosfer, hal itu dapat menjadi dasar tidak hanya bagi masa operasi sains JWST selanjutnya,” katanya dalam email, “tetapi mungkin juga bagi observatorium hebat berikutnya.”