Teleskop Antariksa Webb NASA mendeteksi uap air di wilayah Formasi Planet Berbatu

Konsep artis ini menggambarkan bintang PDS 70 dan piringan protoplanet dalamnya. Pengukuran baru oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA telah mengungkapkan uap air pada jarak kurang dari 100 juta mil dari bintang – wilayah di mana planet berbatu dan terestrial dapat terbentuk. Ini adalah pendeteksian air pertama di wilayah terestrial dari piringan yang sudah diketahui menampung dua atau lebih protoplanet, salah satunya ditampilkan di kanan atas. Kredit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Penemuan tersebut menunjukkan bahwa ada reservoir air yang tersedia untuk planet terestrial yang mungkin menyatu di sana.

Air, air, di mana-mana – bukan dalam bentuk tetesan, tetapi sebagai uap. ilmuwan menggunakan NASA‘S Teleskop Luar Angkasa James Webb Mereka menemukan bahwa planet yang haus dalam sistem PDS 70 memiliki akses ke reservoir air. Yang terpenting, uap air ditemukan dalam jarak 100 juta mil dari bintang – wilayah tempat planet kebumian seperti Bumi mungkin terbentuk. (Bumi mengorbit sekitar 93 juta mil dari matahari kita.)

PDS 70 jauh lebih dingin dari Matahari kita, dengan perkiraan usia 5,4 juta tahun. Ini adalah rumah bagi dua planet raksasa gas yang diketahui, setidaknya satu di antaranya masih mengumpulkan materi dan terus berkembang. Ini adalah deteksi air pertama di wilayah terestrial dari sebuah piringan yang sudah diketahui menampung dua atau lebih protoplanet.

Spektrum piringan protoplanet PDS 70, diperoleh dengan MIRI Webb (instrumen mid-infrared), menampilkan sejumlah garis emisi dari uap air. Para ilmuwan telah menentukan bahwa air ada di piringan dalam sistem, pada jarak kurang dari 100 juta mil dari bintang — wilayah di mana planet berbatu dan terestrial mungkin terbentuk. Kredit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Teleskop Luar Angkasa Webb mendeteksi uap air di wilayah pembentukan planet berbatu

Air sangat penting untuk kehidupan seperti yang kita kenal. Namun, bagaimana air sampai ke Bumi dan apakah proses yang sama dapat menaburkan benih planet ekstrasurya berbatu yang mengorbit bintang jauh tetap menjadi bahan perdebatan ilmiah. Diskusi ini mungkin mendapat manfaat dari wawasan baru dari sistem planet PDS 70, yang terletak 370 tahun cahaya. Sistem bintang ini mencakup piringan gas dan debu dalam dan luar, dipisahkan oleh jarak 5 miliar mil (atau 8 miliar kilometer). Dua planet raksasa gas yang diketahui berada di celah ini.

Data baru, yang dikumpulkan oleh MIRI (instrumen mid-infrared) Teleskop Antariksa James Webb milik NASA, mengungkap uap air di piringan dalam sistem, pada jarak kurang dari 100 juta mil (160 juta km) dari bintang — wilayah di mana planet berbatu dan terestrial dapat terbentuk. (Bumi mengorbit sekitar 93 juta mil dari matahari kita.) Perlu dicatat bahwa ini adalah pertama kalinya air terdeteksi di wilayah terestrial dari piringan yang telah dipastikan menampung dua atau lebih protoplanet.

“Kami telah melihat air di piringan lain, tetapi tidak begitu dekat dengan sistem di mana planet-planet saat ini berkelompok. Kami belum dapat melakukan pengukuran semacam ini sebelum Webb,” kata penulis utama Giulia Perotti dari Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, Jerman.

“Penemuan ini sangat menarik, karena mengeksplorasi wilayah di mana planet berbatu seperti Bumi biasanya terbentuk,” tambah Direktur MPIA Thomas Henning, rekan penulis makalah tersebut. Henning adalah penyelidik utama untuk program MIRI (Mid-Infrared Disk Survey) Webb, yang melakukan deteksi, dan penyelidik utama untuk program MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey), yang mengambil data.

Lingkungan beruap untuk pembentukan planet

PDS 70 adalah bintang tipe K, yang jauh lebih dingin dari Matahari kita, dengan perkiraan usia 5,4 juta tahun. Ini relatif tua dalam hal bintang dengan piringan pembentuk planet, yang membuat penemuan uap air mengejutkan.

Seiring waktu, kandungan gas dan debu dari cakram pembentuk planet berkurang. Entah radiasi bintang pusat dan angin menerbangkan materi tersebut, atau debu tumbuh menjadi benda yang lebih besar yang akhirnya membentuk planet. Karena penelitian sebelumnya gagal mendeteksi air di wilayah tengah cakram dengan usia yang sama, para astronom menduga bahwa air itu mungkin tidak dapat bertahan dari radiasi bintang yang keras, yang mengarah ke lingkungan kering untuk pembentukan planet berbatu mana pun.

Para astronom belum mendeteksi adanya planet yang terbentuk di dalam piringan dalam PDS 70. Namun, mereka melihat bahan mentah untuk membangun dunia berbatu dalam bentuk silikat. Penemuan uap air menunjukkan bahwa jika planet berbatu terbentuk di sana, mereka akan memiliki air yang tersedia sejak awal.

Kami menemukan sejumlah besar butiran debu kecil. Selain penemuan uap air kami, piringan dalam adalah tempat yang sangat menarik, kata rekan penulis Renz Waters dari Universitas Radboud di Belanda.

Apa asal usul air?

Penemuan ini menimbulkan pertanyaan tentang sumber air tersebut. Tim MINDS melihat dua skenario berbeda untuk menjelaskan temuan mereka.

Salah satu kemungkinannya adalah molekul air terbentuk di tempat, seperti yang kita deteksi, ketika atom hidrogen dan oksigen bergabung kembali. Kemungkinan kedua adalah bahwa partikel debu berlapis es berpindah dari piringan luar yang dingin ke piringan dalam yang panas, di mana es air menyublim dan berubah menjadi uap. Sistem transportasi ini akan mengejutkan, karena debu harus melintasi jurang besar yang dibentuk oleh dua planet raksasa.

Pertanyaan lain yang diajukan oleh penemuan ini adalah bagaimana air dapat bertahan begitu dekat dengan sebuah bintang, ketika sinar ultraviolet bintang tersebut harus memecah setiap molekul air. Kemungkinan besar, material di sekitarnya seperti debu dan partikel air lainnya bertindak sebagai perisai pelindung. Akibatnya, air yang terdeteksi di cakram bagian dalam PDS 70 dapat lolos dari kehancuran.

Pada akhirnya, tim akan menggunakan dua instrumen Webb lainnya, NIRCam (Kamera Inframerah Dekat) dan NIRSpec (Spektrometer Inframerah Dekat), untuk mempelajari PDS 70 dalam upaya memperoleh pemahaman yang lebih besar.

Pengamatan ini diambil sebagai bagian dari Pengamatan Waktu Terjamin 1282. Temuan ini telah dipublikasikan di jurnal alam.

Referensi: “Air di wilayah pembentuk planet PDS 70” oleh G. Perotti, V. Christiaens, Th. Henning, B. Tabone, LBFM Waters, I. Camp, J. Olofsson, SL Grant, D. Gassman, J. Bowman, M. Samland, Franceschi R, EF Van Dishoek, K. Schwartz, M. Goodell, P.-O. Lagage, T. P. Ray, B. Vandenbussche, A. Abergel, O. Absil, A. M. Arabhavi, I. Argyriou, D. Barrado, A. Boccaletti, A. Caratti o Garatti, V. Geers, A. M. Glauser, K. Justannont, F. Lahuis, M. Onn, N. alam.
DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9

Teleskop Antariksa James Webb adalah observatorium sains antariksa terkemuka di dunia. Webb memecahkan misteri di tata surya kita, melihat jauh ke dunia yang jauh di sekitar bintang lain, dan menyelidiki struktur misterius serta asal mula alam semesta dan tempat kita di dalamnya. Webb adalah program internasional yang dipimpin oleh NASA dengan mitranya, ESA (Badan Antariksa Eropa) dan Badan Antariksa Kanada.