Angin Perubahan Galaksi Ditangkap oleh Teleskop Luar Angkasa Webb

Para peneliti untuk pertama kalinya mendeskripsikan angin dari piringan tua pembentuk planet yang secara aktif menyebarkan kandungan gasnya.

Itu Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) membantu para ilmuwan mengungkap bagaimana planet terbentuk dengan meningkatkan pemahaman tentang tempat kelahirannya dan piringan bintang yang mengelilingi bintang-bintang muda. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Jurnal Astronomi, tim ilmuwan yang dipimpin oleh Naman Bajaj dari Universitas Arizona dan termasuk Dr. Uma Gorti di SETI Institute, memotret untuk pertama kalinya, angin dari piringan pembentuk planet tua (masih sangat muda dibandingkan Matahari) yang aktif menyebarkan kandungan gasnya. Disk sudah pernah di-image sebelumnya, sedangkan disk lama belum. Mengetahui kapan gas tersebut menyebar adalah hal yang penting karena hal ini membatasi waktu yang tersisa bagi planet yang baru lahir untuk mengonsumsi gas dari lingkungannya.

Wawasan Dari Disk TCha yang Terkikis

Inti dari penemuan ini adalah pengamatan terhadap TCha, sebuah bintang muda (relatif terhadap Matahari) yang diselimuti oleh piringan terkikis yang terkenal karena celah debunya yang sangat besar, dengan radius sekitar 30 unit astronomi. Untuk pertama kalinya, para astronom mencitrakan gas yang menyebar (alias angin) menggunakan empat garis gas mulia neon (Ne) dan argon (Ar), yang salah satunya merupakan deteksi pertama pada piringan pembentuk planet. Gambar (Ne II) menunjukkan bahwa angin berasal dari wilayah piringan yang luas. Tim yang tergabung dalam program JWST yang dipimpin oleh Ilaria Pascucci (U Arizona) juga tertarik untuk mengetahui bagaimana proses ini terjadi sehingga mereka dapat lebih memahami sejarah dan dampaknya terhadap tata surya kita.

“Angin ini dapat digerakkan oleh foton bintang (cahaya bintang) berenergi tinggi atau medan magnet yang membentuk piringan pembentuk planet,” kata Naman.

Uma Gorti dari SETI Institute telah melakukan penelitian mengenai penyebaran cakram selama beberapa dekade, dan bersama rekannya memperkirakan kekuatan emisi Argon yang kini terdeteksi oleh JWST. Dia “bersemangat karena akhirnya dapat menguraikan kondisi fisik angin untuk memahami cara peluncurannya.”

Evolusi Sistem Planet

Sistem planet seperti Tata Surya kita tampaknya memiliki lebih banyak benda berbatu dibandingkan benda kaya gas. Di sekitar Matahari kita, termasuk planet bagian dalam, sabuk asteroid, dan sabuk Kuiper. Namun para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa piringan pembentuk planet bermassa 100 kali lebih besar dalam bentuk gas dibandingkan benda padat, sehingga menimbulkan pertanyaan mendesak: kapan dan bagaimana sebagian besar gas meninggalkan piringan/sistem?

Selama tahap awal pembentukan sistem planet, planet-planet menyatu dalam piringan kecil gas dan debu yang berputar mengelilingi bintang-bintang muda. Partikel-partikel ini menggumpal, membentuk bongkahan yang semakin besar yang disebut planetesimal. Seiring waktu, planetesimal ini bertabrakan dan saling menempel, akhirnya membentuk planet. Jenis, ukuran, dan lokasi planet yang terbentuk bergantung pada jumlah material yang tersedia dan berapa lama material tersebut berada di dalam piringan. Jadi, hasil pembentukan planet bergantung pada evolusi dan penyebaran piringan tersebut.

Kelompok yang sama, dalam makalah lain yang dipimpin oleh Dr. Andrew Sellek dari Observatorium Leiden, mensimulasikan hamburan yang didorong oleh foton bintang untuk membedakan keduanya. Mereka membandingkan simulasi ini dengan pengamatan sebenarnya dan menemukan bahwa hamburan foton bintang berenergi tinggi dapat menjelaskan pengamatan tersebut dan oleh karena itu tidak dapat dikecualikan sebagai suatu kemungkinan. Andrew menggambarkan bagaimana “pengukuran simultan dari keempat jalur oleh JWST terbukti penting untuk memahami sifat-sifat angin dan membantu kami menunjukkan bahwa sejumlah besar gas sedang tersebar.” Untuk memasukkannya ke dalam konteks, para peneliti menghitung bahwa massa yang didistribusikan setiap tahun setara dengan massa bulan! Makalah pendamping, saat ini sedang ditinjau oleh Jurnal Astronomiakan merinci hasil ini.

Penemuan Transformatif dan Prospek Masa Depan

Garis (Ne II) pertama kali ditemukan di beberapa piringan pembentuk planet pada tahun 2007 dengan Teleskop Luar Angkasa Spitzer dan segera diidentifikasi sebagai pelacak angin oleh pemimpin Proyek Prof. Pascucci di Universitas Arizona; ini mengubah upaya penelitian yang berfokus pada pemahaman dispersi gas disk. Penemuan resolusi spasial (Ne II) dan deteksi pertama (Ar III) menggunakan JWST bisa menjadi langkah selanjutnya dalam mengubah pemahaman kita tentang proses ini.

“Kami pertama kali menggunakan neon untuk mempelajari piringan pembentuk planet lebih dari satu dekade lalu, menguji simulasi komputasi kami terhadap data dari Spitzer, dan pengamatan baru yang kami peroleh dengan menggunakan neon. ITU VLT,” kata Profesor Richard Alexander dari Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas Leicester. Kami belajar banyak, namun observasi tidak memungkinkan kami mengukur berapa banyak massa yang hilang dari disk. Data JWST yang baru sungguh spektakuler, dan kemampuan untuk mengatasi gangguan angin cakram pada gambar adalah sesuatu yang saya tidak pernah terpikir akan menjadi mungkin. Dengan lebih banyak pengamatan seperti ini yang dilakukan, JWST akan memungkinkan kita memahami sistem planet muda dengan cara yang belum pernah mungkin dilakukan sebelumnya.”

Selain itu, kelompok tersebut juga menemukan bahwa piringan bagian dalam T Cha berevolusi dalam rentang waktu yang sangat singkat, yaitu beberapa dekade; mereka menemukan bahwa spektrum JWST T Cha berbeda dari spektrum Spitzer sebelumnya. Menurut Chengyan Xie dari Universitas Arizona, penulis utama karya yang sedang dalam proses ini, ketidaksesuaian ini dapat dijelaskan oleh piringan bagian dalam yang kecil dan asimetris yang telah kehilangan sebagian massanya hanya dalam waktu ~17 tahun. Bersamaan dengan penelitian lain, penelitian ini juga menunjukkan bahwa disk T Cha berada pada akhir evolusinya. Chengyan menambahkan, “Kita mungkin bisa menyaksikan penyebaran seluruh massa debu di piringan bagian dalam T Cha seumur hidup kita!”

Implikasi dari temuan ini memberikan wawasan baru mengenai interaksi kompleks yang mengarah pada distribusi gas dan debu yang penting bagi pembentukan planet. Dengan memahami mekanisme di balik penyebaran cakram tersebut, para ilmuwan dapat memprediksi dengan lebih baik jadwal dan lingkungan yang kondusif bagi kelahiran planet. Pekerjaan tim ini menunjukkan kekuatan JWST dan menetapkan jalur baru dalam mengeksplorasi dinamika pembentukan planet dan evolusi piringan sirkumbintang.

Referensi: “Pengamatan JWST MIRI MRS terhadap T Cha: Penemuan Angin Cakram yang Terselesaikan Secara Spasial” oleh Naman S. Bajaj, Ilaria Pascucci, Uma Gorti, Richard Alexander, Andrew Sellek, Jane Morrison, Andras Gaspar, Cathie Clarke, Chengyan Xie, Giulia Ballabio dan Dingshan Deng, 4 Maret 2024, Jurnal Astronomi.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad22e1

Data yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dengan instrumen JWST/MIRI melalui program General Observer Cycle 1 PID 2260 (PI: I. Pascucci). Tim peneliti antara lain Naman Bajaj (mahasiswa pascasarjana), Prof Ilaria Pascucci, Dr Uma Gorti, Prof Richard Alexander, Dr Andrew Sellek, Dr Jane Morrison, Prof Andras Gaspar, Prof Cathie Clarke, Chengyan Xie (mahasiswa pascasarjana), Dr. , dan Dingshan Deng (mahasiswa pascasarjana).