Sebuah observatorium baru yang sedang dibangun telah memberikan terobosan besar bagi para astronom dalam memahami sistem planet terdekat yang dapat memberikan petunjuk berharga tentang bagaimana sistem tersebut terbentuk dan berevolusi. Para ilmuwan menggunakan Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) untuk menemukan bahwa planet-planet yang mengorbit bintang Fomalhaut pasti jauh lebih kecil daripada yang diperkirakan semula.
Penemuan itu, yang membantu menyelesaikan kontroversi di antara para pengamat sistem sebelumnya, dimungkinkan oleh gambar-gambar cakram beresolusi tinggi, atau cincin, debu yang mengorbit bintang, sekitar 25 tahun cahaya dari Bumi. Gambar ALMA menunjukkan bahwa tepi bagian dalam dan luar dari disk yang tipis dan berdebu memiliki tepi yang sangat tajam. Fakta itu, dikombinasikan dengan simulasi komputer, membuat para ilmuwan menyimpulkan bahwa partikel debu dalam piringan disimpan di dalam piringan oleh efek gravitasi dua planet - satu lebih dekat ke bintang daripada piringan dan satu lagi lebih jauh.
Cincin debu tipis di sekitar Fomalhaut. Kuning di atas adalah gambar ALMA, dan biru di bawah adalah gambar Hubble Space Telescope. Bintang berada di lokasi emisi terang di pusat cincin.
Perhitungan mereka juga menunjukkan kemungkinan ukuran planet - lebih besar dari Mars tetapi tidak lebih besar dari beberapa kali ukuran Bumi. Ini jauh lebih kecil daripada yang diperkirakan para astronom sebelumnya. Pada tahun 2008, gambar Hubble Space Telescope (HST) telah mengungkapkan planet bagian dalam, yang kemudian dianggap lebih besar dari Saturnus, planet terbesar kedua di Tata Surya kita. Namun, pengamatan kemudian dengan teleskop inframerah gagal mendeteksi planet ini.
Kegagalan itu membuat beberapa astronom meragukan keberadaan planet ini dalam gambar HST. Selain itu, gambar cahaya tampak HST mendeteksi butiran debu yang sangat kecil yang didorong keluar oleh radiasi bintang, sehingga mengaburkan struktur piringan debu. Pengamatan ALMA, pada panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, menelusuri butiran debu yang lebih besar - berdiameter sekitar 1 milimeter - yang tidak digerakkan oleh radiasi bintang. Ini dengan jelas mengungkapkan tepi tajam disk, yang menunjukkan efek gravitasi kedua planet.
"Menggabungkan pengamatan ALMA tentang bentuk cincin dengan model komputer, kita dapat menempatkan batasan yang sangat ketat pada massa dan orbit planet mana pun di dekat cincin," kata Aaron Boley, Sagan Fellow di University of Florida, pemimpin penelitian. “Massa planet-planet ini harus kecil; kalau tidak, planet-planet akan menghancurkan cincin itu, ”tambahnya. Ukuran kecil dari planet-planet menjelaskan mengapa pengamatan inframerah sebelumnya gagal mendeteksi mereka, kata para ilmuwan.
Penelitian ALMA menunjukkan bahwa lebar cincin adalah sekitar 16 kali jarak dari Matahari ke Bumi, dan hanya sepersepuluh dari ketebalannya. "Cincin itu bahkan lebih sempit dan lebih tipis daripada yang diperkirakan sebelumnya," kata Matthew Payne, juga dari University of Florida.
Cincin itu sekitar 140 kali jarak Matahari-Bumi dari bintang. Di Tata Surya kita sendiri, Pluto berjarak sekitar 40 kali lebih jauh dari Matahari daripada Bumi. "Karena ukuran kecil planet di dekat cincin ini dan jaraknya yang jauh dari bintang induknya, mereka termasuk di antara planet terdingin yang ditemukan mengorbit bintang normal," kata Boley.
Para ilmuwan mengamati sistem Fomalhaut pada bulan September dan Oktober 2011, ketika hanya sekitar seperempat dari 66 antena yang direncanakan ALMA tersedia. Ketika konstruksi selesai tahun depan, sistem lengkap akan jauh lebih mampu. Kemampuan baru ALMA, bagaimanapun, mengungkapkan struktur tanda yang telah menghindari pengamat gelombang milimeter sebelumnya.
"ALMA mungkin masih dalam pembangunan, tetapi sudah terbukti menjadi teleskop paling kuat di dunia untuk mengamati Semesta pada panjang gelombang milimeter dan submillimeter," kata Stuartt Corder, dari National Astronomi Observatory Radio, anggota tim pengamat. Para ilmuwan akan melaporkan temuan mereka dalam edisi mendatang Astrophysical Journal Letters.
Efek dari planet atau bulan dalam menjaga ujung cincin debu tetap tajam pertama kali terlihat ketika pesawat ruang angkasa Voyager 1 terbang oleh Saturnus pada tahun 1980 dan membuat gambar detail dari sistem cincin planet itu. Satu cincin planet Uranus terbatas tajam oleh bulan-bulan Cordelia dan Ophelia, persis seperti yang diusulkan pengamat ALMA untuk cincin di sekitar Fomalhaut. Bulan-bulan yang membatasi cincin planet-planet itu disebut "bulan penggembalaan."
Bulan-bulan atau planet-planet yang membatasi cincin debu seperti itu melakukannya melalui efek gravitasi. Sebuah planet di bagian dalam cincin itu mengorbit bintang lebih cepat daripada partikel debu di cincin itu. Gravitasinya menambah energi pada partikel, mendorongnya ke luar. Sebuah planet di luar cincin bergerak lebih lambat dari partikel debu, dan gravitasinya mengurangi energi partikel, membuatnya jatuh sedikit ke dalam.
Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), fasilitas astronomi internasional, adalah kemitraan Eropa, Amerika Utara, dan Asia Timur bekerja sama dengan Republik Chili. ALMA didanai di Eropa oleh Organisasi Eropa untuk Penelitian Astronomi di Belahan Selatan (ESO), di Amerika Utara oleh AS.National Science Foundation (NSF) bekerja sama dengan National Research Council of Canada (NRC) dan National Science Council of Taiwan (NSC) dan di Asia Timur oleh National Institutes of Natural Sciences (NINS) Jepang bekerja sama dengan Academia Sinica (AS) di Taiwan. Konstruksi dan operasi ALMA dipimpin atas nama Eropa oleh ESO, atas nama Amerika Utara oleh National Radio Astronomy Observatory (NRAO), yang dikelola oleh Associated Universities, Inc. (AUI) dan atas nama Asia Timur oleh National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) menyediakan kepemimpinan dan manajemen terpadu untuk konstruksi, commissioning, dan operasi ALMA.
Diterbitkan ulang dengan izin dari Observatorium Astronomi Radio Nasional.