Bintang sangat terang berbeda dengan planet lain yang mungkin mengorbitnya. Jadi menemukan exoplanet - planet yang mengorbit matahari jauh - tidak mudah. Begini cara kerjanya.
Konsep artis tentang planet yang jauh transit di depan bintangnya. Banyak exoplanet ditemukan melalui kemiringan kecil di cahaya bintang yang terjadi selama transit planet. Gambar melalui SciTechDaily.
Sejak berita TRAPPIST-1 menghantam media pada 22 Februari 2017, exoplanet telah menjadi topik yang bahkan lebih panas daripada sebelumnya. 7 planet yang diketahui dalam sistem TRAPPIST-1 hanya berjarak 40 tahun cahaya, dan mereka siap untuk dieksplorasi melalui teleskop berbasis Bumi dan luar angkasa. Tetapi beberapa ribu exoplanet lainnya - planet yang mengorbit matahari jauh - diketahui oleh para astronom. Konsep artis di atas agak menyesatkan karena tidak menunjukkan betapa bintang yang sangat, sangat terang berbeda dengan planet mereka. Kecerahan bintang inilah yang membuat exoplanet sulit ditemukan. Ikuti tautan di bawah untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana para astronom menemukan exoplanet.
Kebanyakan exoplanet ditemukan melalui metode transit
Beberapa exoplanet ditemukan melalui metode goyangan
Beberapa exoplanet ditemukan melalui pencitraan langsung
Beberapa exoplanet ditemukan melalui microlensing
Konsep seniman tentang sistem TRAPPIST-1 yang dilihat dari Bumi. Kredit gambar untuk NASA / JPL-Caltech.
Sebagian besar planet ditemukan melalui metode transit. Itulah yang terjadi pada planet-planet TRAPPIST-1. Kenyataannya, kata TRAPPIST adalah singkatan dari Planet-Planet TRAnsiting dan PlanetesImals Small Telescope, yang - bersama dengan Teleskop Luar Angkasa Spitzer NASA dan teleskop lainnya - membantu mengungkap planet-planet dalam sistem ini.
Kita tahu sebagian besar exoplanet melalui metode transit sebagian karena teleskop pemburu planet utama dunia - misi Kepler berbasis ruang angkasa - menggunakan metode ini. Misi asli, diluncurkan pada 2009, menemukan 4.696 kandidat planet ekstrasurya, 2.333 di antaranya adalah planet ekstrasurya, menurut NASA. Sejak itu misi Kepler yang diperluas (K2) telah menemukan lebih banyak.
Transit melalui NASA.
Kurva ringan Kepler-6b. Celup mewakili transit planet ini. Gambar melalui Wikimedia Commons.
Bagaimana cara kerja metode transit? Gerhana matahari, misalnya, aku s transit, terjadi saat bulan lewat antara matahari dan Bumi. Transit exoplanet terjadi ketika sebuah exoplanet jauh melewati antara bintangnya dan Bumi. Ketika gerhana matahari total terjadi, cahaya matahari kita berubah dari 100% menjadi hampir 0% seperti yang terlihat dari Bumi, lalu kembali ke 100% saat gerhana berakhir. Tetapi ketika para ilmuwan mengamati bintang-bintang yang jauh dalam mencari transit exoplanet, cahaya bintang mungkin, paling banyak, redup oleh hanya beberapa persen, atau sebagian kecil dari persen. Namun, dengan anggapan itu terjadi secara teratur ketika planet mengorbit bintangnya, penurunan menit pada cahaya bintang dapat mengungkapkan planet yang tersembunyi.
Jadi celupkan dalam cahaya bintang adalah alat yang berguna untuk mengungkapkan planet ekstrasurya. Namun, untuk menggunakannya, para astronom harus mengembangkan instrumen yang sangat sensitif yang dapat mengukur cahaya yang dipancarkan oleh sebuah bintang. Itu sebabnya, meskipun para astronom mencari exoplanet selama bertahun-tahun, mereka tidak mulai menemukannya sampai tahun 1990-an.
Kurva cahaya yang diperoleh dengan membuat grafik cahaya bintang dari waktu ke waktu juga memungkinkan para ilmuwan untuk menyimpulkan kemiringan orbit planet ekstrasurya dan ukurannya.
Klik pada nama planet ekstrasurya untuk melihat kurva cahaya animasi di sini.
Dan perhatikan bahwa kita tidak benar-benar melihat exoplanet yang ditemukan dengan metode transit. Sebaliknya, kehadiran mereka disimpulkan.
Metode goyangan. Gelombang biru memiliki frekuensi yang lebih tinggi daripada gelombang lampu merah. Gambar melalui NASA.
Beberapa planet ditemukan melalui metode goyangan. Jalur kedua yang paling banyak digunakan untuk menemukan exoplanet adalah melalui spektroskopi Doppler, kadang-kadang disebut metode kecepatan radial, dan umumnya dikenal sebagai metode goyangan. Pada April 2016, 582 exoplanet (sekitar 29,6% dari total yang diketahui pada saat itu) ditemukan menggunakan metode ini.
Dalam semua sistem yang terikat secara gravitasi yang melibatkan bintang-bintang, benda-benda di orbit - dalam hal ini, bintang dan planet ekstrasurya - bergerak di sekitar pusat massa bersama. Ketika massa planet ekstrasurya signifikan dibandingkan dengan massa bintangnya, ada potensi bagi kita untuk melihat goyangan di pusat massa ini, dapat dideteksi melalui perubahan frekuensi cahaya bintang. Pergeseran ini pada dasarnya adalah pergeseran Doppler. Ini adalah efek yang sama yang membuat ruang mesin mobil balap terdengar tinggi saat mobil meluncur ke arah Anda dan bernada rendah saat mobil melaju pergi.
Goyangan sebuah bintang yang mengorbit oleh tubuh yang sangat besar. Gambar melalui Wikimedia Commons.
Demikian juga, ketika dilihat dari Bumi, sedikit pergerakan bintang dan planetnya (atau planet) di sekitar pusat gravitasi yang sama mempengaruhi spektrum cahaya normal bintang. Jika bintang bergerak ke arah pengamat, maka spektrumnya akan tampak sedikit bergeser ke arah biru; jika bergerak menjauh, itu akan bergeser ke arah merah.
Perbedaannya tidak terlalu besar, tetapi instrumen modern cukup sensitif untuk mengukurnya.
Jadi, ketika para astronom mengukur perubahan siklik dalam spektrum cahaya bintang, mereka mungkin curiga ada benda signifikan - sebuah planet ekstrasurya besar - yang mengorbitnya. Astronom lain kemudian dapat mengkonfirmasi keberadaannya. Metode goyangan hanya berguna untuk menemukan exoplanet yang sangat besar. Planet mirip bumi tidak dapat dideteksi dengan cara ini karena goyangan yang disebabkan oleh benda mirip Bumi terlalu kecil untuk diukur oleh instrumen saat ini.
Juga perhatikan bahwa, sekali lagi, menggunakan metode ini, kami tidak benar-benar melihat planet ekstrasurya itu. Kehadirannya disimpulkan.
Bintang HR 87799 dan planet-planetnya. Baca lebih lanjut tentang sistem ini melalui Wikiwand.
Beberapa planet ditemukan melalui pencitraan langsung. Pencitraan langsung adalah terminologi mewah untuk mengambil gambar planet ekstrasurya. Ini adalah metode ketiga yang paling populer untuk menemukan exoplanet.
Pencitraan langsung adalah metode yang sangat sulit dan membatasi untuk menemukan exoplanet. Pertama-tama, sistem bintang harus relatif dekat dengan Bumi. Selanjutnya, exoplanet dalam sistem itu harus cukup jauh dari bintang sehingga para astronom dapat membedakan mereka dari silau bintang. Selain itu, para ilmuwan harus menggunakan instrumen khusus yang disebut coronagraph untuk menghalangi cahaya dari bintang, mengungkapkan cahaya redup dari planet atau planet apa pun yang mungkin mengorbitnya.
Astronom Kate Follette, yang bekerja dengan metode ini, mengatakan kepada EarthSky bahwa jumlah exoplanet yang ditemukan melalui pencitraan langsung bervariasi, tergantung pada definisi seseorang tentang sebuah planet. Tetapi, katanya, di mana saja dari 10 hingga 30 telah ditemukan dengan cara ini.
Wikipedia memiliki daftar 22 exoplanet yang langsung difoto, tetapi beberapa tidak ditemukan melalui pencitraan langsung. Mereka ditemukan dengan cara lain dan kemudian - melalui kerja keras yang luar biasa dan kepintaran yang melelahkan, ditambah kemajuan dalam instrumentasi - para astronom telah mampu mendapatkan gambar.
Proses microlensing secara bertahap, dari kanan ke kiri. Bintang pelensa (putih) bergerak di depan bintang sumber (kuning) memperbesar gambarnya dan menciptakan peristiwa pelensaan mikro. Pada gambar keempat dari kanan planet ini menambahkan efek microlensing sendiri, menciptakan dua lonjakan karakteristik dalam kurva cahaya. Gambar dan keterangan melalui The Planetary Society.
Beberapa exoplanet ditemukan melalui microlensing. Bagaimana jika sebuah planet ekstrasurya tidak terlalu besar dan menyerap sebagian besar cahaya yang diterima oleh bintang inangnya? Apakah itu berarti kita tidak dapat melihatnya?
Untuk benda gelap yang lebih kecil, para ilmuwan menggunakan teknik berdasarkan konsekuensi yang luar biasa dari Relativitas Umum Einstein. Yaitu, objek dalam ruangwaktu kurva ruang; perjalanan cahaya di dekat mereka membungkuk hasil dari. Ini analog dengan pembiasan optik dalam beberapa hal. Jika Anda meletakkan pensil dalam cangkir air, pensil itu tampak pecah karena cahaya dibiaskan oleh air.
Meskipun tidak terbukti sampai beberapa dekade kemudian, astronom terkenal Fritz Zwicky mengatakan pada awal 1937 bahwa gravitasi gugusan galaksi harus memungkinkan mereka untuk bertindak sebagai lensa gravitasi. Berbeda dengan cluster galaksi, atau bahkan galaksi tunggal, bintang dan planet mereka tidak sangat masif. Mereka tidak terlalu banyak membengkokkan cahaya.
Itu sebabnya metode ini disebut microlensing.
Untuk menggunakan microlensing untuk penemuan planet ekstrasurya, satu bintang harus lewat di depan bintang lain yang lebih jauh seperti yang terlihat dari Bumi. Para ilmuwan kemudian dapat mengukur cahaya dari sumber yang jauh ditekuk oleh sistem yang lewat. Mereka mungkin dapat membedakan antara bintang intervening dan planet ekstrasurya. Metode ini bekerja bahkan jika planet ekstrasurya itu sangat jauh dari bintangnya, keuntungan dibandingkan metode transit dan goyangan.
Tetapi, seperti yang dapat Anda bayangkan, ini adalah metode yang sulit untuk digunakan. Wikipedia memiliki daftar 19 planet yang ditemukan oleh microlensing.
Eksoplanet ditemukan per tahun. Perhatikan bahwa dua metode penemuan utama adalah transit dan kecepatan radial (metode goyangan). Gambar melalui Arsip Planet NASA NASA.
Intinya: Metode yang paling populer untuk menemukan exoplanet adalah metode transit dan metode goyangan, juga dikenal sebagai kecepatan radial. Beberapa exoplanet telah ditemukan oleh pencitraan langsung dan microlensing. Ngomong-ngomong, sebagian besar informasi dalam artikel ini berasal dari kursus online yang saya ikuti berjudul Super-Earths and Life, yang diberikan oleh Harvard. Tentu saja menarik!