Para peneliti yang menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mengungkap perbedaan atmosfer di eksoplanet WASP-39 b, yang mengungkap variasi suhu dan tutupan awan yang berbeda di seluruh belahannya yang terkunci pasang surut. Planet tersebut, yang ukurannya mirip dengan Jupiter tetapi massanya lebih dekat dengan Saturnus, memperlihatkan sisi malam yang lebih panas dibandingkan dengan sisi paginya, yang disebabkan oleh sirkulasi atmosfer yang kuat. Kredit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Analisis spektral inframerah dekat dari terminator mengonfirmasi perbedaan atmosfer pagi dan sore.
Sejak pertama kali planet ekstrasurya ditemukan pada tahun 1992, ribuan planet yang mengorbit bintang di luar tata surya kita telah dikonfirmasi melalui berbagai metode yang berbeda, termasuk pencitraan langsung, pelensaan mikro gravitasi, pengukuran transit, dan astrometri. Selama bertahun-tahun, teknik telah berkembang untuk mempelajari eksoplanet ini, dengan para astronom mempelajari detail tentang komposisi atmosfer dari dunia yang jauh ini.
NASA‘S Teleskop Luar Angkasa James Webb terus memajukan bidang studi ini dan memperdalam pemahaman kita tentang keanekaragaman eksoplanet dan atmosfernya.
Yang terbaru? Webb telah memungkinkan para astronom untuk mengurai perbedaan atmosfer antara pagi dan sore di sebuah exoplanet yang terkunci pasang surut — sebuah pencapaian luar biasa untuk dunia yang jauhnya 700 tahun cahaya dari Bumi seperti WASP-39 b.
Konsep artis ini menunjukkan seperti apa rupa eksoplanet WASP-39 b berdasarkan pengamatan transit tidak langsung dari Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA serta teleskop berbasis darat dan antariksa lainnya. Kredit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Teleskop Luar Angkasa Webb Menyelidiki Matahari Terbit dan Matahari Terbenam Abadi di Dunia Jauh
Para peneliti yang menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA akhirnya mengonfirmasi apa yang sebelumnya diprediksi oleh model: Sebuah exoplanet memiliki perbedaan antara atmosfer pagi abadi dan atmosfer malam abadi. WASP-39 b, sebuah planet raksasa dengan diameter 1,3 kali lebih besar dari Jupitertapi massanya mirip dengan Saturn mengorbit bintang yang berjarak sekitar 700 tahun cahaya dari Bumi, terkunci secara pasang surut dengan bintang induknya. Ini berarti ia memiliki sisi siang dan sisi malam yang konstan—satu sisi planet selalu terpapar bintangnya, sementara sisi lainnya selalu diselimuti kegelapan.
Dengan menggunakan NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) milik Webb, para astronom mengkonfirmasi adanya perbedaan suhu antara pagi abadi dan sore abadi di WASP-39 b, dengan sore hari tampak lebih panas sekitar 300 derajat fahrenheit derajat (sekitar 200 Celsius derajat). Mereka juga menemukan bukti tutupan awan yang berbeda, dengan bagian planet yang selalu berawan di pagi hari cenderung lebih berawan daripada bagian malam hari.
Animasi ini menjelaskan bagaimana Webb menggunakan spektroskopi transmisi untuk mempelajari atmosfer eksoplanet yang jauh. Kredit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak
Kemajuan dalam Studi Atmosfer Exoplanet
Para astronom menganalisis spektrum transmisi 2 hingga 5 mikron dari WASP-39 b, sebuah teknik yang mempelajari terminator eksoplanet, batas yang memisahkan sisi siang dan sisi malam planet. Spektrum transmisi dibuat dengan membandingkan cahaya bintang yang disaring melalui atmosfer planet saat bergerak di depan bintang, dengan cahaya bintang yang tidak disaring yang terdeteksi saat planet berada di samping bintang. Saat melakukan perbandingan tersebut, para peneliti dapat memperoleh informasi tentang suhu, komposisi, dan sifat-sifat lain dari atmosfer planet.
“WASP-39 b telah menjadi semacam planet acuan dalam mempelajari atmosfer exoplanet dengan Webb,” kata Néstor Espinoza, seorang peneliti exoplanet di Institut Sains Teleskop Luar Angkasa dan penulis utama penelitian tersebut. “Suasananya mengembang dan tebal, jadi sinyal yang berasal dari cahaya bintang yang disaring melalui atmosfer planet itu cukup kuat.”
Kurva cahaya dari NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA menunjukkan perubahan kecerahan dari sistem bintang WASP-39 seiring waktu saat planet tersebut melintasi bintang tersebut. Pengamatan ini dilakukan menggunakan mode rangkaian waktu objek terang milik NIRSpec, yang menggunakan kisi untuk menyebarkan cahaya dari satu objek terang (seperti bintang induk WASP-39 b) dan mengukur kecerahan setiap panjang gelombang cahaya pada interval waktu yang ditentukan. Kredit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Wawasan Suhu dan Komposisi Atmosfer
Spektrum Webb yang diterbitkan sebelumnya dari atmosfer WASP-39b, yang mengungkapkan keberadaan karbon dioksida, sulfur dioksida, uap air, dan natrium, mewakili keseluruhan batas siang/malam – tidak ada upaya terperinci untuk membedakan antara satu sisi dan sisi lainnya.
Kini, analisis baru tersebut membangun dua spektrum berbeda dari wilayah terminator, yang pada dasarnya membagi batas siang/malam menjadi dua setengah lingkaran, satu dari malam hari, dan satu lagi dari pagi hari. Data menunjukkan bahwa malam hari jauh lebih panas, 1.450 derajat Fahrenheit (800 derajat Celsius), dan pagi hari relatif lebih dingin 1.150 derajat Fahrenheit (600 derajat Celsius).
Spektrum transmisi ini, yang diambil menggunakan mode seri waktu objek terang PRISM NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) Webb, menunjukkan jumlah cahaya bintang inframerah dekat yang terhalang oleh atmosfer planet ekstrasurya gas panas raksasa WASP-39 b. Spektrum tersebut menunjukkan bukti yang jelas tentang air dan karbon dioksida, serta variasi suhu antara pagi dan sore di planet ekstrasurya tersebut.
Analisis baru spektrum transmisi WASP-39 b menghasilkan dua spektrum berbeda dari batas siang/malam yang stasioner di eksoplanet tersebut, yang pada dasarnya membagi wilayah terminator ini menjadi dua setengah lingkaran, satu dari malam hari, dan yang lainnya dari pagi hari. Data menunjukkan bahwa malam hari jauh lebih panas, 1.450 derajat Fahrenheit (800 derajat Celsius), dan pagi hari relatif lebih dingin 1.150 derajat Fahrenheit (600 derajat Celsius).
Garis biru dan kuning merupakan model paling sesuai yang memperhitungkan data, sifat-sifat yang diketahui dari WASP-39 b dan bintangnya (misalnya, ukuran, massa, suhu), serta karakteristik atmosfer yang diasumsikan.
Kredit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Implikasi Variasi Suhu
“Sungguh menakjubkan bahwa kami mampu menguraikan perbedaan kecil ini, dan itu hanya mungkin karena sensitivitas Webb pada panjang gelombang inframerah dekat dan sensor fotometriknya yang sangat stabil,” kata Espinoza. “Setiap gerakan kecil pada instrumen atau pada observatorium saat mengumpulkan data akan sangat membatasi kemampuan kami untuk melakukan deteksi ini. Itu pasti sangat tepat, dan Webb memang seperti itu.”
Pemodelan data yang diperoleh secara ekstensif juga memungkinkan para peneliti untuk menyelidiki struktur atmosfer WASP-39 b, tutupan awan, dan mengapa malam hari lebih panas. Sementara penelitian selanjutnya oleh tim akan mempelajari bagaimana tutupan awan dapat memengaruhi suhu, dan sebaliknya, para astronom mengonfirmasi sirkulasi gas di sekitar planet sebagai penyebab utama perbedaan suhu pada WASP-39 b.
Memahami Pola Angin Planet dan Dinamika Suhu
Pada eksoplanet yang sangat teradiasi seperti WASP-39 b yang mengorbit relatif dekat dengan bintangnya, para peneliti umumnya memperkirakan gas akan bergerak saat planet tersebut berputar mengelilingi bintangnya: Gas yang lebih panas dari sisi siang hari akan bergerak melalui malam hari ke sisi malam melalui aliran jet khatulistiwa yang kuat. Karena perbedaan suhu sangat ekstrem, perbedaan tekanan udara juga akan signifikan, yang pada gilirannya akan menyebabkan kecepatan angin yang tinggi.
Dengan menggunakan Model Sirkulasi Umum, model 3 dimensi yang mirip dengan yang digunakan untuk memprediksi pola cuaca di Bumi, para peneliti menemukan bahwa pada WASP-39 b angin yang bertiup cenderung bergerak dari sisi malam melintasi terminator pagi, mengitari sisi siang, melintasi terminator sore, lalu mengitari sisi malam. Akibatnya, sisi pagi terminator lebih dingin daripada sisi sore. Dengan kata lain, sisi pagi dihantam angin udara yang telah didinginkan di sisi malam, sementara sisi sore dihantam angin udara yang dipanaskan di sisi siang. Penelitian menunjukkan kecepatan angin di WASP-39 b dapat mencapai ribuan mil per jam!
Arah Penelitian Masa Depan dan Kontribusi Awal Webb dalam Ilmu Pengetahuan
“Analisis ini juga sangat menarik karena Anda memperoleh informasi 3D tentang planet yang sebelumnya tidak Anda peroleh,” tambah Espinoza. “Karena kita dapat mengetahui bahwa tepi malam lebih panas, itu berarti sedikit lebih mengembang. Jadi, secara teoritis, ada gelombang kecil di terminator yang mendekati sisi malam planet.”
Hasil penelitian tim ini telah dipublikasikan di jurnal Alam.
Para peneliti sekarang akan berupaya menggunakan metode analisis yang sama untuk mempelajari perbedaan atmosfer di Jupiter panas lain yang terkunci pasang surut, sebagai bagian dari Program Pengamat Umum Webb Cycle 2 3969.
WASP-39 b merupakan salah satu target pertama yang dianalisis Webb saat memulai operasi ilmiah rutin pada tahun 2022. Data dalam studi ini dikumpulkan berdasarkan program Early Release Science 1366, yang dirancang untuk membantu ilmuwan mempelajari dengan cepat cara menggunakan instrumen teleskop dan mewujudkan potensi ilmiahnya secara penuh.
Referensi: “Terminator tak homogen di exoplanet WASP-39 b” oleh Néstor Espinoza, Maria E. Steinrueck, James Kirk, Ryan J. MacDonald, Arjun B. Savel, Kenneth Arnold, Eliza M.-R. Kempton, Matthew M. Murphy, Ludmila Carone, Maria Zamyatina, David A. Lewis, Dominic Samra, Sven Kiefer, Emily Rauscher, Duncan Christie, Nathan Mayne, Christiane Helling, Zafar Rustamkulov, Vivien Parmentier, Erin M. May, Aarynn L. Carter, Xi Zhang, Mercedes López-Morales, Natalie Allen, Jasmina Blecic, Leen Decin, Luigi Mancini, Karan Molaverdikhani, Benjamin V. Rackham, Enric Palle, Shang-Min Tsai, Eva-Maria Ahrer, Jacob L. Bean, Ian JM Crossfield, David Haegele, Eric Hébrard, Laura Kreidberg, Diana Powell, Aaron D. Schneider, Luis Welbanks, Peter Wheatley, Rafael Brahm dan Nicolas Crouzet, 15 Juli 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07768-4
Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) adalah observatorium besar berbasis luar angkasa yang diluncurkan pada 25 Desember 2021. Ini adalah proyek kolaboratif yang melibatkan NASA, Badan Antariksa Eropa (ESA), dan Badan Antariksa Kanada (CSA). Sebagai penerus ilmiah dari Teleskop Luar Angkasa HubbleJWST dirancang untuk memberikan resolusi dan sensitivitas yang belum pernah ada sebelumnya dalam rentang inframerah spektrum elektromagnetik. Kemampuan ini memungkinkan para astronom untuk mempelajari setiap fase sejarah kosmik—dari cahaya pertama setelah Dentuman Besarhingga pembentukan sistem tata surya yang mampu mendukung kehidupan di planet seperti Bumi, hingga evolusi Tata Surya kita sendiri. Diposisikan di titik Lagrange kedua (L2), JWST akan mengeksplorasi berbagai pertanyaan ilmiah, membantu mengungkap wawasan baru tentang struktur dan asal usul alam semesta.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
