Sejak beberapa dekad kebelakangan ini, jumlah planet ekstra suria yang telah dikesan dan disahkan telah meningkat secara pesat. Pada masa ini, keberadaan 3,778 eksoplanet telah disahkan dalam 2,818 sistem planet, dengan tambahan 2,737 calon menunggu pengesahan. Dengan jumlah planet yang tersedia untuk dikaji, fokus penyelidikan exoplanet telah mulai beralih dari pengesanan ke arah pencirian.
Sebagai contoh, para saintis semakin berminat untuk mencirikan atmosfer eksoplanet sehingga mereka dapat mengatakan dengan yakin bahawa mereka mempunyai bahan yang tepat untuk hidup (iaitu nitrogen, karbon dioksida, dan lain-lain). Malangnya, ini sangat sukar menggunakan kaedah semasa. Namun, menurut kajian baru oleh pasukan astronomi antarabangsa, instrumen generasi seterusnya yang bergantung pada pencitraan langsung akan menjadi penukar permainan.
Kajian, "Pengimejan Langsung dalam Cahaya Tercermin: Karakterisasi Eksoplanet Tua, Lebih Lama Dengan Teleskop 30-m", baru-baru ini muncul dalam talian. Kajian ini diketuai oleh Michael Fitzgerald dan Ben Mazin - seorang profesor astrofizik bersekutu di University of California Los Angeles (UCLA) dan Worster Chair dalam Eksperimen Fizik di University of California Santa Barbara (UCSB).
Mereka disertai oleh penyelidik dari Institut Penyelidikan Exoplanet University of Montreal (iREX), Laboratorium Jet Propulsion NASA, Observatorium Carnegie, Observatorium Steward, Observatorium Astronomi Nasional Jepun, Institut Teknologi Massachusetts (MIT), California Institut Teknologi (Caltech), dan pelbagai universiti.
Seperti yang mereka nyatakan dalam kajian mereka, kemampuan kita untuk mencirikan eksoplanet pada masa ini terbatas. Sebagai contoh, kaedah semasa kita - yang paling banyak digunakan adalah Metode Transit dan ukuran Radial Velocity - telah menyebabkan ribuan planet jangka pendek ditemui (planet yang mengorbit dekat dengan matahari mereka dengan jangka masa sekitar 10 hari). Walau bagaimanapun, kepekaan kaedah ini mula menurun dengan ketara semakin jauh eksoplanet dari matahari.
Lebih-lebih lagi, planet jangka panjang juga tidak dapat diakses sejauh spektrumnya. Jenis analisis ini melibatkan pengukuran cahaya yang melewati atmosfer planet ketika ia bergerak dari bintangnya. Dengan mengukur spektrumnya untuk menentukan komposisinya, para saintis dapat mencirikan atmosfer eksoplanet dan menentukan apakah planet sebenarnya dapat dihuni.
Untuk mengatasi hal ini, pasukan mencadangkan bahawa pengesanan langsung (aka pengimejan langsung) akan menjadi kaedah yang lebih berkesan untuk mencirikan atmosfer eksoplanet. Seperti yang dijelaskan oleh Dr. Étienne Artigau, seorang penyelidik iREX dan pengarang bersama kajian ini, kepada Space Magazine melalui e-mel (diterjemahkan dari bahasa Perancis)
"Tidak ada planet yang terdeteksi untuk saat ini ditemukan dalam" cahaya yang dipantulkan ". Apabila kita melihat planet-planet dari sistem suria kita, kerana mereka diterangi oleh Matahari maka kita dapat melihatnya. Dengan cara yang sama, planet bintang lain memantulkan cahaya dan mustahil untuk mengesan cahaya ini dengan teleskop yang cukup kuat. Nisbah fluks antara planet dan bintangnya sangat besar, dengan urutan 1 bilion, berbanding dengan planet yang dikesan oleh pelepasan haba mereka, atau nisbah ini lebih rendah daripada 1 juta. "
Pada masa ini, pengimejan langsung adalah satu-satunya cara untuk mendapatkan spektrum eksoplanet yang tidak bergerak, terutama yang berada pada jarak antara dan jarak jauh dari matahari mereka. Dalam kes ini, para astronom memperoleh spektrum dari cahaya yang dipantulkan dari atmosfer eksoplanet untuk menentukan komposisinya. Hanya sebilangan kecil eksoplanet yang telah digambarkan secara langsung setakat ini, yang semuanya adalah super-Musytari yang bercahaya sendiri yang mengorbit bintang tuan rumah mereka pada jarak ratusan atau ribuan AU.
Planet-planet ini sangat muda dan mempunyai suhu melebihi 500 ° C (932 ° F), yang menjadikannya kelas planet yang agak jarang. Akibatnya, ahli astronomi tidak mempunyai maklumat mengenai kepelbagaian atmosfer exoplanet, terutama ketika berkaitan dengan planet berbatu yang lebih kecil yang mempunyai suhu yang lebih mirip dengan Bumi - di mana suhu permukaan rata-rata sekitar 15 ° C (58.7 ° F).
Ini disebabkan oleh kenyataan bahawa teleskop yang ada tidak mempunyai kepekaan untuk langsung membayangkan planet yang lebih kecil yang mengorbit lebih dekat dengan bintang. Ketika mereka menentukan dalam kajian mereka, mencirikan atmosfer planet yang berada dalam 5 AU bintang mereka (di mana tinjauan kecepatan radial telah mendedahkan banyak planet) memerlukan teleskop dengan bukaan 30 meter yang digabungkan dengan optik adaptif canggih, koroner, dan rangkaian spektrometer dan pembayang.
"Ringkasnya, tidak ada teleskop semasa yang dapat mengesan planet-planet ini, bahkan di sekitar bintang-bintang yang paling dekat dengan kita, tetapi ada sebab untuk mempercayai bahawa teleskop generasi berikutnya dengan diameter 30 m dan lebih akan dapat melakukannya," kata Artiqua. "Tidak pasti bahawa seseorang akan dapat mengesan, pada awalnya, planet seperti Bumi, tetapi sekurang-kurangnya seseorang dapat mengesan planet yang setanding dengan Uranus dan Neptunus, yang sudah tentu akan menjadi hasil yang luar biasa."
Kemudahan generasi berikutnya dan instrumen optik adaptif termasuk Planetary Systems Imager (PSI) pada Teleskop Thirty Meter (TMT), yang dicadangkan untuk pembinaan di Mauna Kea, Hawaii. Dan ada instrumen GMagAO-X di Teleskop Giant Magellan (GMT), yang kini sedang dalam pembinaan di Balai Cerap Las Campanas dan dijadualkan siap pada tahun 2025.
Seperti yang ditunjukkan oleh Artigau, tinjauan yang dilakukan dengan instrumen generasi seterusnya ini akan membolehkan para astronom mengesan dan mencirikan pelbagai planet yang lebih luas, serta memungkinkan untuk mencari kemungkinan tanda-tanda kehidupan (aka biosignature), seperti sebelumnya:
"Ini akan memungkinkan kita untuk secara langsung mempelajari cahaya yang datang dari planet yang sedikit lebih besar dari Bumi (dan mungkin seperti Bumi jika kita optimis). Ini adalah salah satu peluang terbaik kami untuk mencari tanda tangan kehidupan di atmosfera ini. Walaupun kita tidak menemui tanda hidup, ia akan memungkinkan untuk memahami seluruh kelas planet yang kita lihat secara tidak langsung (transit, halaju radial) tetapi yang kita tidak tahu apa-apa ... Pentingnya pengimejan langsung adalah bahawa ia memungkinkan untuk menyelidiki secara langsung atmosfera, dan juga permukaan planet-planet ini. Penambahan spektrograf resolusi tinggi juga memberikan idea tentang angin dan peredaran angin global, serta menyelidiki adanya molekul yang berbeza. "
Sudah tentu, masih ada batasan untuk apa yang dapat dipelajari oleh para saintis menggunakan kaedah pencitraan langsung, bahkan dengan instrumen dan teleskop generasi berikutnya yang ada. Tetapi kemungkinan dan implikasi untuk penyelidikan eksoplanet tidak kurang hebatnya. Sebagai permulaan, ahli astronomi dapat memperoleh idea yang lebih baik mengenai demografi planet kecil yang berbatu yang mengorbit di zon-zon yang boleh dihuni bintang masing-masing.
"Pengesanan planet 'yang berpotensi dapat didiami' adalah perkara yang paling menggembirakan di sini, tetapi penting untuk diingat bahawa ia akan tetap sukar walaupun dengan teleskop 30 meter," kata Artigua. "Ketika kita membuat ramalan statistik, seharusnya hanya ada beberapa (mungkin kurang dari 10) planet terestrial yang dapat diakses dan akan memiliki suhu yang setanding dengan kita."
Dalam jarak planet ini, Artigau dan rakannya dapat membayangkan sejumlah senario menarik. Sebagai contoh, beberapa mungkin seperti Venus, di mana atmosfer yang padat dan orbit yang agak dekat menghasilkan kesan rumah hijau yang melarikan diri. Yang lain mungkin seperti Marikh, di mana angin matahari atau letusan telah menghilangkan atmosfer planet. Di luar itu, mungkin ada planet daratan yang bahkan tidak dapat kita bayangkan.
"Ringkasnya, planet-planet yang dapat dihuni dengan lebih baik mempunyai khayalan daripada kita," Dr. Artiqau menyimpulkan. "Kepelbagaian eksoplanet ini juga menunjukkan bahawa kita harus berhati-hati ketika kita meramalkan bahawa ia akan dapat dihuni."
"[Intinya] kita dapat melakukan hal-hal luar biasa dalam mempelajari eksoplanet dari darat dengan teleskop 30 m, tetapi pelaburan teknologi yang signifikan diperlukan untuk bersiap-siap untuk membangun instrumen ini untuk teleskop 30-m," tambah Mazin.
Kajian ini dimungkinkan berkat bantuan tambahan yang diberikan oleh National Research Council of Canada (NRC) dan Giant Magellan Telescope Organisation (GMTO) Corporation.
