Kredit gambar: NASA
Sekiranya ahli astronomi asing di sekitar bintang yang jauh telah mempelajari Matahari muda empat setengah miliar tahun yang lalu, mampukah mereka melihat tanda-tanda Bumi yang baru terbentuk mengorbit bintang kuning yang tidak berbahaya ini? Jawapannya adalah ya, menurut Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory) dan Benjamin Bromley (University of Utah). Lebih-lebih lagi, model komputer mereka mengatakan bahawa kita dapat menggunakan tanda yang sama untuk mencari tempat-tempat di mana planet-planet berukuran Bumi saat ini sedang membentuk-dunia muda yang, suatu hari, dapat menampung kehidupan mereka sendiri.
Kunci untuk mencari Bumi yang baru lahir, kata Kenyon dan Bromley, adalah untuk tidak mencari planet itu sendiri, tetapi untuk cincin debu yang mengorbit bintang yang merupakan cap jari pembentukan planet terestrial (berbatu).
"Kemungkinannya, jika ada cincin debu, ada planet," kata Kenyon.
Planet yang baik sukar dijumpai
Sistem suria kita terbentuk dari cakera gas dan debu yang berpusing, yang disebut cakera protoplanet, yang mengorbit Matahari muda. Bahan yang sama terdapat di seluruh galaksi kita, jadi undang-undang fizik meramalkan bahawa sistem bintang lain akan membentuk planet dengan cara yang serupa.
Walaupun planet mungkin biasa, mereka sukar dikesan kerana terlalu lemah dan terletak terlalu dekat dengan bintang yang jauh lebih terang. Oleh itu, ahli astronomi mencari planet dengan mencari bukti tidak langsung mengenai keberadaan mereka. Dalam sistem planet muda, bukti itu mungkin terdapat dalam cakera itu sendiri, dan bagaimana planet mempengaruhi cakera berdebu dari mana ia terbentuk.
Besar, planet bersaiz Musytari mempunyai graviti yang kuat. Graviti itu sangat mempengaruhi cakera berdebu. Satu Musytari tunggal dapat membersihkan celah berbentuk cincin di dalam cakera, melengkung cakera, atau membuat serpihan debu pekat yang meninggalkan corak di dalam cakera seperti bangun dari kapal. Kehadiran planet gergasi mungkin menjelaskan corak seperti bangun yang dilihat di cakera sekitar bintang Vega yang berusia 350 juta tahun.
Dunia kecil, bersaiz Bumi, sebaliknya, mempunyai graviti yang lebih lemah. Mereka mempengaruhi cakera dengan lebih lemah, meninggalkan tanda-tanda kehadirannya yang lebih halus. Daripada mencari warps atau bangun, Kenyon dan Bromley mengesyorkan untuk melihat betapa terang sistem bintang pada panjang gelombang inframerah (IR) cahaya. (Cahaya inframerah, yang kita anggap sebagai panas, adalah cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang dan kurang tenaga daripada cahaya yang dapat dilihat.)
Bintang dengan cakera berdebu lebih terang di IR daripada bintang tanpa cakera. Semakin banyak habuk yang ditahan oleh sistem bintang, semakin terang di IR. Kenyon dan Bromley telah menunjukkan bahawa ahli astronomi dapat menggunakan kecerahan IR tidak hanya untuk mengesan cakera, tetapi juga untuk mengetahui kapan planet berukuran Bumi terbentuk di dalam cakera tersebut.
"Kami adalah orang pertama yang menghitung tahap penghasilan debu yang diharapkan dan keterlaluan inframerah yang berkaitan, dan yang pertama menunjukkan bahawa pembentukan planet terestrial menghasilkan jumlah debu yang dapat dilihat," kata Bromley.
Membina Planet Dari Bawah Ke Atas
Teori pembentukan planet yang paling lazim memerlukan pembinaan planet "dari bawah ke atas." Menurut teori pembekuan, sebilangan kecil bahan berbatu dalam cakera protoplanet bertembung dan melekat bersama. Selama ribuan tahun, gumpalan kecil tumbuh menjadi gumpalan yang lebih besar dan lebih besar, seperti membangun orang salji dengan segelintir salji pada satu masa. Akhirnya, rumpun berbatu tumbuh begitu besar sehingga menjadi planet penuh.
Kenyon dan Bromley memodelkan proses pembentukan planet menggunakan program komputer yang kompleks. Mereka "menghasilkan" cakera protoplanet dengan satu miliar planet berukuran 0,6 mil (1 kilometer), semuanya mengorbit bintang pusat, dan melangkah sistem ke depan untuk melihat bagaimana planet berevolusi dari bahan-bahan asas tersebut.
"Kami membuat simulasi se realistik yang kami dapat dan masih menyelesaikan pengiraan dalam jangka masa yang munasabah," kata Bromley.
Mereka mendapati proses pembentukan planet sangat berkesan. Pada mulanya, perlanggaran antara planetesimals berlaku pada halaju rendah, sehingga objek yang bertabrakan cenderung bergabung dan tumbuh. Pada jarak Bumi-Matahari yang biasa, hanya memerlukan masa sekitar 1000 tahun untuk objek 1 kilometer tumbuh menjadi objek 100 kilometer (60 batu). 10,000 tahun lagi menghasilkan protoplanet berdiameter 600 batu, yang tumbuh selama 10,000 tahun tambahan untuk menjadi protoplanet berdiameter 1200 batu. Oleh itu, objek berukuran Bulan dapat terbentuk dalam masa 20,000 tahun.
Oleh kerana planet di dalam cakera tumbuh lebih besar dan lebih besar, graviti mereka bertambah kuat. Setelah beberapa objek mencapai ukuran 600 mil, mereka mulai "mengaduk" benda-benda kecil yang tersisa. Gravity slings menembak potongan batu berukuran asteroid yang lebih kecil ke kelajuan yang lebih tinggi dan lebih tinggi. Mereka bergerak begitu cepat sehingga ketika mereka bertabrakan, mereka tidak bergabung - mereka menghancurkan, saling menghancurkan dengan ganas. Walaupun protoplanet terbesar terus tumbuh, planet-planet lain yang berbatu saling mengisar menjadi debu.
"Debu terbentuk tepat di mana planet ini terbentuk, pada jarak yang sama dari bintangnya," kata Kenyon. Akibatnya, suhu debu menunjukkan di mana planet ini terbentuk. Debu di orbit seperti Venus akan lebih panas daripada debu di orbit seperti Bumi, yang memberi petunjuk jarak planet bayi dari bintangnya.
Ukuran objek terbesar dalam cakera menentukan kadar pengeluaran habuk. Jumlah debu memuncak apabila protoplanet sejauh 600 batu telah terbentuk.
"Teleskop Angkasa Spitzer harus dapat mengesan puncak debu seperti itu," kata Bromley.
Pada masa ini, model pembentukan planet terestrial Kenyon dan Bromley hanya merangkumi sebahagian kecil sistem suria, dari orbit Venus hingga jarak sekitar setengah jalan antara Bumi dan Marikh. Di masa depan, mereka berencana untuk memperluas model untuk merangkumi orbit yang dekat dengan Matahari seperti Merkurius dan yang jauh seperti Mars.
Mereka juga telah memodelkan pembentukan Kuiper Belt-wilayah dengan objek kecil, berais dan berbatu di luar orbit Neptunus. Langkah logik seterusnya adalah memodelkan pembentukan gergasi gas seperti Musytari dan Saturnus.
"Kami mulai dari tepi sistem suria dan bekerja ke dalam," kata Kenyon sambil tersengih. "Kami juga berusaha secara besar-besaran. Bumi 1000 kali lebih besar daripada objek Kuiper Belt, dan Musytari adalah 1000 kali lebih besar daripada Bumi. "
"Matlamat utama kami adalah memodelkan dan memahami pembentukan seluruh sistem suria kami." Kenyon menganggarkan bahawa matlamat mereka dapat dicapai dalam satu dekad, kerana kelajuan komputer terus meningkat, memungkinkan simulasi keseluruhan sistem suria.
Penyelidikan ini diterbitkan dalam terbitan The Astrophysical Journal Letters pada 20 Februari 2004. Maklumat dan animasi tambahan boleh didapati dalam talian di http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Beribu pejabat di Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics adalah kerjasama bersama antara Smithsonian Astrophysical Observatory dan Harvard College Observatory. Para saintis CfA, yang disusun dalam enam bahagian penyelidikan, mengkaji asal usul, evolusi dan nasib akhir alam semesta.
Sumber Asal: Siaran Berita CfA
