Katai Coklat

Beberapa planet terbentuk secara berbeda dari ‘bintang gagal’

NASA/JPL-Caltech / Public domain

Dalam dua dekade terakhir, perkembangan teknologi telah memungkinkan teleskop untuk memisahkan cahaya dari bintang induk dan objek yang jauh lebih redup. Pada tahun 1995, kemampuan baru ini menghasilkan gambar langsung pertama dari katai coklat yang mengorbit bintang. Gambar lainnya diikuti pada 2008.

“Selama 20 tahun terakhir, kami telah melompat-lompat dalam massa,” ucap Bowler tentang kemampuan pencitraan langsung, mencatat bahwa batas saat ini adalah sekitar 1 massa Jupiter. Seiring perkembangan teknologi, “Salah satu pertanyaan besar yang muncul adalah ‘Apa sifat pasangan yang kami temukan?”

Katai coklat, sebagaimana didefinisikan oleh para astronom, memiliki massa antara 13 dan 75 massa Jupiter. Mereka memiliki karakteristik yang sama dengan planet dan bintang, Bowler dan timnya ingin menyelesaikan pertanyaan: Apakah planet gas raksasa di pinggiran luar sistem planet adalah puncak gunung es planet, atau katai coklat bermassa rendah? Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa bintang kerdil coklat yang mengorbit kemungkinan terbentuk seperti bintang bermassa rendah, tetapi belum jelas apa yang menjadi pendamping massa terendah yang dapat dihasilkan mekanisme pembentukan ini.

Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan mempelajari dinamika sistem – untuk melihat orbitnya, ” jelas Bowler. Orbit mereka memegang kunci untuk membuka kunci evolusinya.

Menggunakan sistem adaptive optics (AO) Keck Observatory dengan instrumen Near-Infrared Camera, generasi kedua (NIRC2) pada teleskop Keck II, serta Teleskop Subaru, tim Bowler menangkap gambar planet raksasa dan katai coklat saat mereka mengorbit bintang induknya.

Ini proses yang panjang. Planet gas raksasa dan katai coklat yang mereka pelajari begitu jauh dari bintang induknya sehingga satu orbit mungkin memakan waktu ratusan tahun. Untuk menentukan persentase kecil dari orbit, “Anda mengambil gambar, Anda menunggu satu tahun,” bagi pasangan samar yang bergerak sedikit , jelas Bowler. Lalu “Anda mengambil gambar lain, Anda menunggu satu tahun lagi.”

Penelitian ini mengandalkan teknologi AO, yang memungkinkan para astronom untuk mengoreksi distorsi yang disebabkan oleh atmosfer Bumi. Karena instrumen AO terus meningkat selama tiga dekade terakhir, banyak katai coklat dan planet raksasa telah dicitrakan secara langsung.

Tetapi karena sebagian besar penemuan ini dibuat selama satu atau dua dekade terakhir, tim hanya memiliki gambar sesuai dengan beberapa persen dari total orbit setiap objek. Mereka menggabungkan pengamatan baru mereka dari 27 sistem berserta semua pengamatan sebelumnya yang diterbitkan oleh para astronom lain atau tersedia di arsip teleskop.

Kemudia, pemodelan komputer masuk. Penulis studi membantu menciptakan kode pas orbit yang disebut “Orbitize!” menggunakan hukum gerakan planet Kepler untuk mengidentifikasi jenis orbit mana yang konsisten dengan posisi yang diukur, dan mana yang tidak.

Kode menghasilkan satu set orbit yang mungkin untuk setiap pasangan. Gerakan kecil dari setiap planet raksasa atau katai coklat membentuk “awan” dari orbit. Semakin kecil awannya, semakin banyak astronom yang mendekati orbit sejati pasangannya. Dan lebih banyak titik data – atau, lebih banyak gambar langsung dari setiap objek yang mengorbit – akan menyempurnakan bentuk orbit.

“Daripada menunggu beberapa dekade atau abad bagi sebuah planet untuk menyelesaikan satu orbit, kita dapat menebus data waktu awal yang lebih pendek dengan pengukuran posisi yang sangat akurat, ” ucap anggota tim Eric Nielsen dari Stanford University. “Bagian dari Orbitize! yang kami kembangkan khusus agar sesuai dengan orbit parsial, OFTI [Orbits For The Impatient], memungkinkan kami untuk menemukan orbit bahkan untuk pasangan periode terlama.

Menemukan bentuk orbit adalah kuncinya: Objek yang memiliki orbit lebih bundar mungkin membentuk sebuah planet. Yaitu, ketika awan gas dan debu runtuh untuk membentuk bintang, pasangan jauh (dan planet lain) terbentuk dari piringan gas dan debu yang rata berputar di sekitar bintang tersebut.

Di sisi lain, memiliki orbit lebih panjang mungkin membentuk sebuah bintang. Dalam skenario ini, satu gumpalan gas dan debu runtuh untuk membentuk bintang, tetapi pecah menjadi dua gumpalan. Setiap rumpun kemudian runtuh, yang satu membentuk bintang, dan katai coklat mengorbit di sekitar bintang tersebut. Pada dasarnya ini adalah sistem bintang biner, meskipun mengandung satu bintang asli dan satu “bintang gagal.”

Meskipun pasangan ini berusia jutaan tahun, memori tentang bagaimana mereka terbentuk masih dikodekan dalam eksentrisitas mereka saat ini, ” tambah Nielsen. Eksentrisitas adalah ukuran seberapa melingkar atau memanjang orbit objek.

Hasil penelitian tim terhadap 27 pasangan jauh tidak ambigu.

“Bagian krusialnya, kami menemukan bahwa ketika Anda membagi benda-benda ini pada batas kanonik lebih dari sekitar 15 massa Jupiter, Sesuatu yang kita sebut planet memang memiliki lebih banyak orbit melingkar, sebagai populasi, dibandingkan dengan yang lain, ” jelas Bowler. “Dan sisanya terlihat seperti bintang biner. “

Penelitian kedepan akan melibatkan terus memantau 27 objek ini, serta mengidentifikasi yang baru untuk memperluas studi. “Ukuran sampel masih sederhana, untuk sekarang,” jelas Bowler. Timnya menggunakan satelit Gaia dalam mencari kandidat tambahan untuk ditindaklanjuti menggunakan pencitraan langsung dengan sensitivitas yang lebih besar di Giant Magellan Telescope (GMT) yang akan datang dan fasilitas lainnya.

Temuan tim Bowler memperkuat kesimpulan serupa dari survei pencitraan langsung GPIES dengan Gemini Planet Imager, yang menemukan bukti untuk saluran pembentukan berbeda untuk katai coklat dan planet raksasa berdasarkan sifat statistiknya.

Jurnal Referensi:

Brendan P. Bowler, Sarah C. Blunt, Eric L. Nielsen. Population-level Eccentricity Distributions of Imaged Exoplanets and Brown Dwarf Companions: Dynamical Evidence for Distinct Formation ChannelsThe Astronomical Journal, 2020; 159 (2): 63 DOI: 10.3847/1538-3881/ab5b11

Tautan ke artikel asli: Distant Giant Planets Form Differently Than ‘Failed Stars’ / W. M. Keck Observatory

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan translasi menjadi tanggungjawab kami.