Bagaimana Uap Air Menulis Ulang Kisah Pembentukan Planet

Uap air telah ditemukan dalam piringan pembentuk planet di sekitar bintang-bintang muda, mengungkap kondisi yang mendukung pembentukan planet dan potensi pengaruhnya terhadap komposisi planet.

Para peneliti telah menemukan uap air dalam piringan di sekitar bintang muda, tepatnya di tempat terbentuknya planet. Air merupakan unsur utama kehidupan di Bumi, dan juga dianggap memainkan peran penting dalam pembentukan planet ini. Namun, hingga saat ini, kami belum dapat memetakan bagaimana air didistribusikan dalam piringan yang stabil dan dingin – jenis piringan yang menawarkan kondisi paling menguntungkan bagi pembentukan planet di sekitar bintang. Penemuan baru ini dimungkinkan berkat Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), di mana Observatorium Eropa Selatan (ITU) adalah mitra.

Pengamatan Luar Biasa Dengan ALMA

“Saya tidak pernah membayangkan kita bisa menangkap gambar lautan uap air di wilayah yang sama dengan kemungkinan terbentuknya sebuah planet,” kata Stefano Facchini, astronom di Universitas Milan, Italia, yang memimpin penelitian yang dipublikasikan di 29 Februari. di Astronomi Alam. Pengamatan mengungkapkan setidaknya tiga kali lebih banyak air daripada seluruh lautan di bumi di piringan bagian dalam bintang muda mirip Matahari HL Tauri, yang terletak 450 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Taurus.

“Sungguh luar biasa bahwa kami tidak hanya dapat mendeteksi tetapi juga menangkap gambar secara detail dan mendeteksi uap air secara spasial pada jarak 450 tahun cahaya dari kami,” tambah rekan penulis Leonardo Testi, astronom di Universitas Bologna, Italia. Pengamatan 'terselesaikan secara spasial' dengan ALMA memungkinkan para astronom menentukan distribusi air di berbagai wilayah piringan. “Ikut serta dalam penemuan penting piringan HL Tauri yang ikonik ini melampaui apa yang pernah saya harapkan dalam pengalaman penelitian pertama saya di bidang astronomi,” tambah Mathieu Vander Donckt dari Universitas Liège, Belgia, yang merupakan mahasiswa master saat berpartisipasi. . dalam penelitian.

Cakram Protoplanet HL Tauri dari ALMA. Apa yang disebut “cakram ALMA” seperti yang terlihat dalam cahaya inframerah di sekitar bintang jauh. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NSF

Peran Air dalam Pembentukan Planet

Air dalam jumlah besar ditemukan di wilayah yang diketahui terdapat celah pada piringan HL Tauri. Celah berbentuk cincin terbentuk dalam piringan yang kaya akan gas dan debu dengan mengorbit objek mirip planet muda saat mereka mengumpulkan material dan tumbuh. “Gambar terbaru kami menunjukkan sejumlah besar uap air pada jarak tertentu dari bintang, termasuk celah yang berpotensi terbentuknya planet saat ini,” kata Facchini. Hal ini menunjukkan bahwa uap air ini dapat mempengaruhi komposisi kimia planet yang terbentuk di wilayah tersebut.

Gambar ini menunjukkan wilayah dimana HL Tauri berada. HL Tauri merupakan bagian dari salah satu kawasan pembentuk bintang yang paling dekat dengan Bumi dan memiliki banyak bintang muda serta awan debu di sekitarnya. Gambar ini dibuat dari gambar yang merupakan bagian dari Digitized Sky Survey 2. Kredit: ESO/Digitized Sky Survey 2

Mengamati air dengan teleskop darat tidaklah mudah karena banyaknya uap air di atmosfer bumi menurunkan sinyal astronomi. ALMA, yang dioperasikan oleh ESO bersama mitra internasionalnya, merupakan serangkaian teleskop di Gurun Atacama Chili pada ketinggian sekitar 5000 meter yang dibangun di lingkungan khusus yang tinggi dan kering untuk meminimalkan degradasi ini, memberikan kondisi pengamatan yang luar biasa. “Sampai saat ini, ALMA adalah satu-satunya fasilitas yang mampu memecahkan masalah air di piringan dingin pembentuk planet secara spasial,” kata rekan penulis Wouter Vlemmings, seorang profesor di Universitas California. Universitas Teknologi Chalmers di Swedia.⁽¹⁾

Video ini membawa Anda ke lokasi HL Tauri di konstelasi Taurus, 450 tahun cahaya dari Bumi. Urutan awal menunjukkan pemandangan luas, termasuk gugus bintang Pleiades dan Hyades dengan mata telanjang. Kemudian perbesar gambar cahaya tampak yang sangat detail NASA/SATU Teleskop Luar Angkasa Hubble dan diakhiri dengan pengamatan ALMA terhadap uap air pada piringan HL Tauri. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/N. Bangkit (skysurvey.org). Musik: Astral Elektronik

Implikasi untuk Penelitian Masa Depan

“Sangat menarik untuk menyaksikan secara langsung, dalam sebuah gambar, molekul air dilepaskan dari partikel debu es,” kata Elizabeth Humphreys, astronom di ESO yang juga berpartisipasi dalam penelitian tersebut. Butiran debu yang menyusun piringan tersebut merupakan benih pembentukan planet, yang bertabrakan dan menggumpal menjadi objek lebih besar yang mengorbit bintang. Para astronom percaya bahwa tempat yang suhunya cukup dingin sehingga air bisa membeku menjadi partikel debu akan memungkinkan benda-benda saling menempel dengan lebih efisien – tempat yang ideal untuk pembentukan planet. “Hasil kami menunjukkan bagaimana keberadaan air dapat mempengaruhi perkembangan sistem planet, seperti yang terjadi sekitar 4,5 miliar tahun lalu di Tata Surya kita,” tambah Facchini.

Dengan perbaikan yang dilakukan pada Teleskop Sangat Besar (ELT) ALMA dan ESO dalam dekade ini, pembentukan planet dan peran air di dalamnya akan menjadi lebih jelas dari sebelumnya. Secara khusus, METIS, ELT Imager dan Spectrograph inframerah-tengah, akan memberi para astronom pandangan yang tak tertandingi tentang wilayah dalam piringan pembentuk planet, tempat terbentuknya planet seperti Bumi.

Catatan

1. Pengamatan baru menggunakan receiver Band 5 dan Band 7 di ALMA. Pita 5 dan 7 merupakan pengembangan Eropa, masing-masing di Chalmers/NOVA (Netherlands Research School of Astronomy) dan IRAM (Institut de radioastronomie millimétrique), dengan keterlibatan ESO. Band 5 memperluas ALMA ke rentang frekuensi baru yang khusus untuk mendeteksi dan mencitrakan air di alam semesta lokal. Dalam studi ini, tim mengamati tiga garis spektrum air dalam dua rentang frekuensi penerima untuk memetakan gas pada suhu berbeda di dalam piringan.

Referensi: “Pengamatan ALMA yang terselesaikan terhadap air di unit astronomi bagian dalam cakram HL Tau” oleh Stefano Facchini, Leonardo Testi, Elizabeth Humphreys, Mathieu Vander Donckt, Andrea Isella, Ramon Wrzosek, Alain Baudry, Malcom D. Gray, Anita MS Richards dan Wouter Vlemmings, 29 Februari 2024, Astronomi Alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02207-w