Sistem pada tahap awal pembentukan mengalami jumlah dampak terbesar karena adanya sejumlah besar embrio dalam orbit yang tidak stabil. Akankah kita dapat mempertimbangkan proses ini dan mengungkap masa lalu Bumi?
Pada tahap akhir pembentukan planet, embrio planet muda menabrak protoplanet lain, menyebabkan permukaan dan mantelnya mencair secara intensif. Salah satu tabrakan antara Bumi masa depan dan Theia yang menabraknya menciptakan sistem Bumi-Bulan dan menyebabkan munculnya samudra magma: campuran silikat cair dan volatil yang meluas ke seluruh mantel. Lautan magma mengatur panggung untuk permukaan dan atmosfer awal tempat kondisi kehidupan pada akhirnya berkembang.
Tabrakan Bumi dan Theia yang baru lahir (sebuah benda seukuran Mars), yang menyebabkan terbentuknya Bulan.
Sayangnya bagi ahli geofisika, tetapi untungnya bagi kehidupan secara umum, beberapa miliar tahun lempeng tektonik di Bumi telah menghancurkan tanda-tanda yang jelas dari lautan magma, sehingga para ilmuwan sulit memahami bagaimana dunia yang panas dan cair ini berubah menjadi planet yang dapat dihuni. Namun, diyakini bahwa prinsip umum pembentukan planet berbatu serupa di sistem bintang lain, dan oleh karena itu, dampak paling kuat tidak jarang terjadi pada planet yang saat ini terbentuk di orbit bintang muda.
Hal ini memungkinkan untuk menangkap snapshot sisa cahaya dari tumbukan raksasa di sistem exoplanet. Deteksi langsung protoplanet cair akan menjadi kunci tahap awal evolusi planet.
Perburuan dunia cair
Protoplanet muda sangat panas dan cerah, karena suhu permukaannya bisa mencapai 3000 ° C. Dengan demikian, orang mungkin berpikir bahwa mereka mudah dikenali di langit malam, tetapi sayangnya hal ini tidak sepenuhnya benar. Faktanya, saat mantel cair mengeras, bahan volatil terlarut seperti air dan karbon dioksida secara bertahap dilepaskan ke atmosfer. Dengan tidak adanya angin bintang yang kuat atau radiasi ultraviolet tingkat tinggi dari bintang, atmosfer planet akan menebal, sehingga menutupi permukaannya. Dengan melakukan itu, ia akan bertindak seperti selimut, memperpanjang periode pendinginan lautan magma.
Video promosi:
Representasi artistik dari planet ekstrasurya yang tercakup dalam lautan magma.
Sementara keberadaan samudra magma telah disarankan oleh model teoritis pembentukan planet, pelelehan benda secara global sebagai akibat dari tabrakan antar protoplanet belum teramati. Karena jumlah dampak tersebut diperkirakan akan berkurang secara bertahap dari waktu ke waktu, sistem planet muda menawarkan peluang terbaik untuk mendeteksi objek semacam itu.
Namun, agar terlihat, benda cair ini harus memenuhi dua syarat. Pertama, jangan terlalu dekat dengan bintangnya, jika tidak teleskop tidak akan bisa memisahkan protoplanet cair dari inangnya yang terang. Kedua, jumlah radiasi yang cukup dari lautan magma harus menembus atmosfer.
Dalam hal radiasi yang dipancarkan, protoplanet cair adalah target yang menarik untuk pencitraan langsung karena jauh lebih terang daripada planet yang lebih tua seperti Bumi. Jadi, jika kita ingin mulai mengumpulkan foto langsung dari planet ekstrasurya yang mirip Bumi, maka protoplanet cair adalah tempat yang baik untuk memulai!
Seberapa besar kemungkinan mendeteksi perasaan senang sesudah mengalami kesenganan?
Sayangnya, bahkan dengan alat pencitraan tercanggih, deteksi langsung planet cair tetap di luar jangkauan. Namun, tahun 2020-an akan melihat era teleskop kolosal berbasis darat: Teleskop Sangat Besar ESO (ELT) di Chili, Teleskop Magellan Raksasa (GMT) di Chili, dan Teleskop Tiga Puluh Meter (TMT) di Hawaii. Selain observatorium berbasis darat baru, misi luar angkasa di masa depan sedang dipertimbangkan untuk pencitraan langsung planet berbatu di zona layak huni dari bintang mirip matahari, khususnya interferometer LIFE (Large Interferometer for Exoplanet), yang menjanjikan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam mengkarakterisasi planet ekstrasurya.
Representasi artistik Teleskop Sangat Besar ESO.
Kemungkinan melihat planet yang meleleh bergantung pada dua faktor utama: jumlah kumulatif dampak raksasa yang dialami oleh benda-benda di sistem planet, dan interval waktu selama benda cair tersebut tetap cukup panas untuk dideteksi.
Untuk menentukan kemungkinan mengamati protoplanet cair, Anda harus terlebih dahulu menetapkan kemungkinan tumbukan raksasa dengan mensimulasikan pembentukan planet. Simulasi komputer melacak evolusi orbit dan pertumbuhan embrio planet saat mereka bergabung menjadi planet lengkap selama tabrakan.
Sistem pada tahap awal pembentukan mengalami jumlah dampak terbesar karena adanya sejumlah besar embrio dalam orbit yang tidak stabil. Bisa dikatakan, katai merah yang mengorbit, bintang paling umum di Bima Sakti, akan terkena serangan hampir dua kali lebih banyak daripada bintang di sekitar Matahari kita. Hal ini sangat menjanjikan terkait kemungkinan terjadinya lautan magma, tetapi ada peringatan: protoplanet dalam sistem seperti itu akan berlokasi di orbit dekat dan oleh karena itu tidak dapat dipisahkan dari radiasi bintang. Selain itu, benturan akan menjadi kurang energik dan oleh karena itu tubuh akan menjadi tumpul. Dengan demikian, daya pengamatan potensial menjadi fungsi dari usia bintang, jumlah tumbukan, dan energi tabrakan.
Mengingat frekuensi terjadinya lautan magma, para ilmuwan menghitung evolusi dan periode keberadaan lautan magma untuk menentukan perubahan suhu permukaan tergantung pada ukuran planet dan ketebalan atmosfernya, yang dinyatakan dalam apa yang disebut emisivitas: semakin rendah, semakin terisolasi atmosfernya.
Representasi artistik dari exoplanet muda yang terus menerus dibombardir oleh embrio dalam orbit yang tidak stabil.
Protoplanet besar dengan atmosfer yang tebal akan menopang lautan magma lebih lama, tetapi juga akan menunjukkan radiasi yang lebih rendah dan kemungkinan besar berada di bawah tingkat sensitivitas teleskop. Penting untuk dicatat bahwa kemungkinan komposisi exoprotoplanet mungkin berbeda secara signifikan dari planet-planet awal tata surya. Jadi, emisivitas bergantung pada parameter tambahan: berbagai komposisi dan massa atmosfer eksoplanet.
Secara alami, tempat terbaik untuk mulai mencari planet cair dengan ELT atau LIFE ditentukan oleh kedekatannya dengan tata surya. Target yang paling menjanjikan adalah kelompok bintang muda, dekat dan besar. Bayangkan para ilmuwan telah memiliki teleskop yang "cocok" dan harus melihat semua bintang dalam satu asosiasi. Akankah protoplanet cair ditemukan? Baik ya maupun tidak. Jawabannya adalah probabilitas statistik, bergantung pada sejumlah parameter fisik.
Bidikan panorama asosiasi Carina OB1, yang berisi beberapa kelompok bintang muda, seperti gugus Trumpler 14, yang menampung sekitar 2.000 bintang. Sistem yang paling dekat dengan kita, seperti ini, adalah target utama untuk mendeteksi tabrakan protoplanet.
Misalnya, asosiasi β Pictoris (Beta Pictoris), terletak 63 tahun cahaya dari Matahari, mencakup 31 bintang dengan usia rata-rata 23 juta tahun. Peluang untuk mendeteksi setidaknya satu planet dengan lautan magma di antara sistem planet mereka akan dapat diabaikan dengan filter yang tidak sensitif, tetapi dapat mencapai 80% untuk pengamatan dengan LIFE pada 5,6 mikrometer atau dengan ELT pada 2,2 mikrometer.
Apa arti angka-angka ini dan apa yang harus dilakukan selanjutnya?
Sejumlah pertanyaan tetap ada. Misalnya, masih belum jelas apakah planet dilahirkan di sekitar semua bintang dan jenis planet apa yang diharapkan tergantung pada kelas bintangnya.
Studi sebelumnya, yang membahas potensi pengamatan planet cair, bertanya-tanya apakah pijar dari tabrakan raksasa, mirip dengan yang menciptakan Bulan, dapat direkam dalam kondisi proto-Bumi. Namun demikian, survei terhadap planet ekstrasurya dalam beberapa dekade terakhir telah menunjukkan bahwa banyak karakteristik mereka (komposisi, massa, radius, orbit, dan lainnya) sangat berbeda dari semua yang diasumsikan sebagai hasil studi tata surya. Oleh karena itu, para ilmuwan mengharapkan perbedaan besar antara sifat komposisi protoplanet muda dan atmosfernya, yaitu, pertanyaan tentang potensi observasi pembentukan proto-Bumi menarik, tetapi tidak penting karena probabilitas yang tidak signifikan dari kehadiran protoplanet semacam itu di sekitar Matahari yang dapat diperkirakan.
Ribuan sistem bintang hidup di Bima Sakti.
Untuk lebih dekat dalam mendeteksi protoplanet cair dalam beberapa tahun mendatang, beberapa pertanyaan kunci perlu dijawab: apa saja variasi khas dalam atmosfer planet berbatu, bagaimana volatil didistribusikan antara mantel dan atmosfer?
Kampanye observasi akan memungkinkan para ilmuwan untuk meningkatkan pemahaman mereka tentang properti atmosfer dan distribusi komposisi. Selain itu, perlu untuk lebih membatasi karakteristik bintang anggota individu dari asosiasi yang paling menjanjikan: β Pictoris, Columba, TW Hydrae, dan Tucana-Horologium. Ini membutuhkan upaya bersama dari para ahli teori dan pengamat, astronom, ahli geofisika, dan ahli geokimia.
Akhirnya, suatu saat di masa depan yang tidak terlalu lama, kita mungkin dapat melihat sekilas dunia muda yang bersinar yang mungkin tidak jauh berbeda dari rumah kita sendiri di alam semesta.
Arina Vasilieva
