Para astronom berjuang untuk belajar tentang super-Bumi - lebih besar dari Bumi kita, lebih kecil dari Neptunus - jenis planet yang paling umum ditemukan oleh pesawat ruang angkasa Kepler.
Ilustrasi ukuran super Bumi yang disimpulkan dibandingkan dengan Bumi dan Neptunus. Via Aldaron di Wikipedia
Pesawat ruang angkasa NASA Kepler, yang diluncurkan pada misi berburu planet pada tahun 2009, mencari satu bidang kecil langit dan mengidentifikasi lebih dari 4.000 calon exoplanet. Dunia yang jauh ini mengorbit bintang-bintang selain matahari kita sendiri. Survei Kepler adalah yang pertama untuk memberikan tampilan definitif pada frekuensi relatif planet sebagai fungsi ukuran. Hasilnya menunjukkan bahwa planet kecil jauh lebih umum daripada yang besar. Menariknya, planet yang paling umum adalah planet yang hanya sedikit lebih besar dari Bumi tetapi lebih kecil dari Neptunus - yang disebut sebagai super-Bumi.
Tidak ada super-Bumi di tata surya kita. Sementara para astronom saat ini dapat melihat ke seberang ruang yang jauh, dan mempelajari sesuatu tentang ukuran dan orbit super-Bumi, mereka ingin tahu ... terbuat dari apa super-Bumi?
Super-Earth bisa menjadi versi yang lebih besar dari Bumi kita sendiri - sebagian besar berbatu, dengan atmosfer. Atau bisa juga mini-Neptunus, dengan inti batu-es besar yang dikemas dalam amplop tebal hidrogen dan helium. Atau super-Earth mungkin a dunia air - inti berbatu diselimuti selimut air dan mungkin atmosfer yang terdiri dari uap (tergantung pada suhu planet).
Heather Knutson adalah asisten profesor ilmu planet di Caltech. Dia dan murid-muridnya menggunakan observatorium berbasis-ruang seperti Hubble dan Spitzer Space Telescopes untuk mempelajari lebih lanjut tentang Bumi-super. Knutson berkata:
Sangat menarik untuk memikirkan planet-planet ini karena mereka dapat memiliki begitu banyak komposisi berbeda, dan mengetahui komposisi mereka akan memberi tahu kita banyak tentang bagaimana planet terbentuk.
Sebagai contoh, karena planet dalam kisaran ukuran ini memperoleh sebagian besar massanya dengan menarik dan memasukkan material padat, dunia air pada awalnya pasti terbentuk jauh dari bintang induknya, di mana suhu cukup dingin untuk membekukan air. Sebagian besar Bumi super yang dikenal saat ini mengorbit sangat dekat dengan bintang inangnya. Jika super-Earth yang didominasi air ternyata umum, itu akan menunjukkan bahwa sebagian besar dunia ini tidak terbentuk di lokasi mereka saat ini melainkan bermigrasi dari orbit yang lebih jauh.
Dalam penggambaran artis ini, planet seukuran Neptunus HAT-P-11b melintasi di depan bintangnya.Gambar melalui NASA / JPL-Caltech
Knutson dan timnya menggunakan teleskop yang mengorbit untuk menganalisis cahaya bintang yang menyaring melalui atmosfer planet ekstrasurya ketika planet-planet ini lewat di depan bintang-bintang mereka, seperti yang dilihat dari Bumi. Dengan cara ini, mereka dapat menandai hampir dua lusin exoplanet raksasa gas yang dikenal sebagai hot-Jupiters, menunjukkan bahwa dunia semacam ini memiliki air, karbon monoksida, hidrogen, helium — dan berpotensi karbon dioksida dan metana — di atmosfernya.
Tapi bagaimana dengan Bumi super? Sejauh ini, hanya beberapa yang cukup dekat dan mengorbit bintang yang cukup terang bagi para astronom untuk mempelajarinya dengan teleskop dan teknik yang tersedia saat ini.
Super-Earth pertama yang ditargetkan komunitas astronomi untuk studi atmosfer adalah GJ 1214b, di konstelasi Ophiuchus. Berdasarkan kepadatan rata-rata (ditentukan dari massa dan jari-jarinya), jelas dari awal bahwa planet ini tidak sepenuhnya berbatu. Namun, densitasnya dapat sama-sama cocok dengan komposisi air utama atau komposisi mirip-Neptunus dengan inti berbatu yang dikelilingi oleh selubung gas tebal.
Informasi tentang atmosfer dapat membantu para astronom menentukan yang mana itu: atmosfer mini-Neptunus harus mengandung banyak molekul hidrogen, sedangkan atmosfer dunia air seharusnya didominasi oleh air.
GJ 1214b telah menjadi target populer untuk Teleskop Luar Angkasa Hubble sejak penemuannya pada tahun 2009. Mengecewakan, setelah kampanye Hubble pertama yang dipimpin oleh para peneliti di Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian, spektrum kembali tanpa fitur — tidak ada tanda tangan kimia di suasana. Setelah set kedua pengamatan yang lebih sensitif yang dipimpin oleh para peneliti di University of Chicago mengembalikan hasil yang sama, menjadi jelas bahwa dek awan yang tinggi harus menutupi tanda-tanda penyerapan dari atmosfer planet. Knutson berkata:
Sangat menyenangkan mengetahui bahwa ada awan di planet ini, tetapi awan menghalangi apa yang sebenarnya ingin kita ketahui, yang terbuat dari apakah Bumi super ini?
Sekarang tim Knutson telah mempelajari super-Earth kedua: HD 97658b, ke arah rasi bintang Leo. Mereka melaporkan temuan mereka dalam edisi terbaru The Jurnal Astrofisika. Para peneliti menggunakan Hubble untuk mengukur penurunan cahaya ketika planet melintas di depan bintang induknya pada rentang panjang gelombang inframerah untuk mendeteksi perubahan kecil yang disebabkan oleh uap air di atmosfer planet.
Namun, sekali lagi data kembali tanpa fitur. Satu penjelasan adalah bahwa HD 97658b juga diselimuti awan. Namun, kata Knutson, mungkin juga bahwa planet ini memiliki atmosfer yang kekurangan hidrogen. Karena atmosfer seperti itu bisa sangat kompak, itu akan membuat jari-jari uap air dan molekul lainnya sangat kecil dan sulit dideteksi. Dia berkata:
Data kami tidak cukup tepat untuk mengetahui apakah itu awan atau tidak adanya hidrogen di atmosfer yang menyebabkan spektrum menjadi datar. Ini hanya pandangan pertama yang cepat untuk memberi kita gambaran kasar tentang bagaimana atmosfer itu. Selama tahun depan, kami akan menggunakan Hubble untuk mengamati planet ini lagi secara lebih rinci. Kami berharap pengamatan itu akan memberikan jawaban yang jelas untuk misteri saat ini.
Di masa depan, survei baru, seperti misi Kepler K2 NASA yang diperluas dan Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), yang dijadwalkan diluncurkan pada 2017, harus mengidentifikasi sampel besar target super-Earth baru.
Tentu saja, katanya, para astronom akan senang mempelajari planet ekstrasurya ukuran Bumi, tetapi dunia ini hanya sedikit terlalu kecil dan terlalu sulit untuk diamati dengan Hubble dan Spitzer. James Webb Space Telescope milik NASA, yang dijadwalkan diluncurkan pada 2018, akan memberikan kesempatan pertama untuk mempelajari lebih banyak dunia mirip Bumi. Dia berkomentar:
Super-Earth berada di ujung apa yang bisa kita pelajari sekarang. Tapi super-Earth adalah hadiah hiburan yang bagus — mereka menarik dengan hak mereka sendiri, dan mereka memberi kita kesempatan untuk menjelajahi dunia jenis baru tanpa analog di tata surya kita sendiri.