NASA‘S Teleskop Luar Angkasa James Webb Metana telah terdeteksi di atmosfer planet ekstrasurya WASP-80 b, tonggak sejarah dalam eksplorasi ruang angkasa. Penemuan ini, yang dikonfirmasi oleh metode analisis cahaya canggih, menyoroti komposisi planet dan memungkinkan perbandingan dengan planet-planet di tata surya kita.

Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA mengamati planet ekstrasurya WASP-80 b saat melintas di depan dan di belakang bintang induknya, mengungkapkan spektrum yang menunjukkan adanya atmosfer yang mengandung metana dan uap air. Meskipun uap air telah terdeteksi di lebih dari selusin planet sejauh ini, metana, sebuah molekul yang melimpah di atmosfer planet, baru ditemukan baru-baru ini. Jupiter, Saturnus, UranusDan Neptunus Di tata surya kita – mereka tetap sulit ditemukan di atmosfer planet ekstrasurya yang transit ketika dipelajari menggunakan spektroskopi luar angkasa.

Taylor Bell dari Bay Area Environmental Research Institute (BAERI), yang berbasis di Ames Research Center NASA di Silicon Valley, California, dan Lewis Wilbanks dari Arizona State University, memberi tahu kita lebih banyak tentang pentingnya mendeteksi metana di atmosfer luar eksoplanet, dan membahas bagaimana hal ini memfasilitasi pengamatan Web Mendeteksi metana di atmosfer planet ekstrasurya. Identifikasi molekul yang telah lama ditunggu-tunggu ini. Hasil ini baru-baru ini dipublikasikan di jurnal ilmiah Nature.

Memahami “Jupiter Hangat” WASP-80 B

“Dengan suhu sekitar 825 K (sekitar 1025 derajat F), WASP-80 b adalah apa yang para ilmuwan sebut sebagai “Jupiter hangat”, planet yang ukuran dan massanya mirip dengan Yupiter di tata surya kita, tetapi suhunya berada di antara suhu Yupiter panas, misalnya 1.450 derajat Celcius. K (2.150 °F) HD 209458 b (planet ekstrasurya pertama yang ditemukan), dan Jupiter dingin, seperti milik kita, memiliki suhu sekitar 125 K (235 °F). WASP-80 b mengorbit bintang katai merahnya setiap tiga hari sekali, dan terletak 163 tahun cahaya dari kita di konstelasi Vulture. Karena planet ini sangat dekat dengan bintangnya dan keduanya sangat jauh dari kita, kita tidak dapat melihat planet ini secara langsung bahkan dengan teleskop tercanggih seperti Webb. Sebaliknya, para peneliti mempelajari gabungan cahaya dari bintang dan planet menggunakan metode transit (yang telah digunakan untuk menemukan sebagian besar exoplanet yang diketahui) dan metode gerhana.

Teknologi pemantauan yang inovatif

Dengan menggunakan metode transit, kami mengamati sistem ketika planet bergerak di depan bintangnya dari sudut pandang kami, menyebabkan cahaya bintang yang kami lihat sedikit meredup. Seolah-olah seseorang berjalan melewati lampu dan cahayanya meredup. Selama waktu ini, bintang menyinari cincin tipis atmosfer planet di sekitar batas siang-malam planet, dan pada warna cahaya tertentu saat molekul di atmosfer planet menyerap cahaya, atmosfer tampak lebih tebal dan menghalangi lebih banyak cahaya bintang. Hal ini menyebabkan opacity lebih dalam dibandingkan dengan panjang gelombang lain dimana atmosfer tampak transparan. Metode ini membantu ilmuwan seperti kita memahami komponen atmosfer planet dengan melihat warna cahaya yang kabur.

Sementara itu, dengan menggunakan metode gerhana, kami mengamati sistem saat planet lewat di belakang bintangnya dari sudut pandang kami, menyebabkan sedikit penurunan total cahaya yang kami terima. Semua benda memancarkan sejumlah cahaya, yang disebut radiasi termal, dan intensitas serta warna cahaya yang dipancarkan bergantung pada seberapa panas benda tersebut. Tepat sebelum dan sesudah gerhana, sisi siang hari yang panas di planet ini mengarah ke arah kita, dan dengan mengukur penurunan cahaya selama gerhana, kami dapat mengukur cahaya inframerah yang memancar dari planet tersebut. Untuk spektrum gerhana, penyerapan oleh molekul di atmosfer planet biasanya muncul sebagai penurunan cahaya yang dipancarkan planet pada panjang gelombang tertentu. Selain itu, karena planet ini jauh lebih kecil dan lebih dingin dibandingkan bintang induknya, kedalaman gerhana jauh lebih kecil dibandingkan kedalaman transit.

Spektrum transit terukur (atas) dan spektrum gerhana (bawah) WASP-80 b dari mode spektroskopi tanpa celah NIRCam di Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA. Pada kedua spektrum tersebut, terdapat bukti jelas adanya penyerapan air dan metana, yang kontribusinya ditunjukkan oleh garis berwarna. Selama transit, planet lewat di depan bintang, dan dalam spektrum transit, kehadiran partikel menyebabkan atmosfer planet menghalangi lebih banyak cahaya pada warna tertentu, sehingga menyebabkan peredupan lebih dalam pada panjang gelombang tersebut. Selama gerhana, planet lewat di belakang bintang, dan dalam spektrum gerhana ini, partikel menyerap sebagian cahaya yang dipancarkan planet dalam warna tertentu, sehingga penurunan kecerahan selama gerhana lebih kecil dibandingkan saat transit. Kredit gambar: PAYRI/NASA/Taylor Bell

Analisis data spektral

Pengamatan awal kami harus diubah menjadi sesuatu yang kami sebut spektrum; Ini pada dasarnya adalah pengukuran yang menunjukkan seberapa banyak cahaya yang diblokir atau dipancarkan oleh atmosfer suatu planet dengan warna (atau panjang gelombang) cahaya yang berbeda. Ada banyak alat berbeda untuk mengubah pengamatan mentah menjadi spektrum yang berguna, jadi kami menggunakan dua metode berbeda untuk memastikan bahwa hasil kami kuat terhadap asumsi yang berbeda. Kami kemudian menafsirkan spektrum ini menggunakan dua jenis model untuk mensimulasikan seperti apa atmosfer planet dalam kondisi ekstrem ini. Jenis model pertama cukup fleksibel, bereksperimen dengan jutaan kombinasi metana, kelimpahan air, dan suhu untuk menemukan kombinasi yang paling sesuai dengan data kami. Tipe kedua, yang disebut “model yang konsisten sendiri”, juga mengeksplorasi jutaan kombinasi, namun menggunakan pengetahuan fisika dan kimia yang kita miliki untuk menentukan tingkat metana dan air yang diharapkan. Kedua jenis model ini mencapai kesimpulan yang sama: deteksi gas metana pada akhirnya.

Untuk memvalidasi temuan kami, kami menggunakan metode statistik yang kuat untuk mengevaluasi kemungkinan bahwa temuan kami merupakan gangguan acak. Di bidang kami, kami menganggap “standar emas” adalah apa yang disebut “deteksi 5 sigma”, yang berarti bahwa peluang deteksi yang dihasilkan dari gangguan acak adalah 1 dalam 1,7 juta. Pada saat yang sama, kami mendeteksi metana pada 6,1 sigma pada spektrum transit dan gerhana, sehingga meningkatkan kemungkinan penemuan palsu pada setiap pengamatan sebesar 1 dalam 942 juta, melebihi “standar emas” sebesar 5 sigma, dan meningkatkan keyakinan kami terhadap keduanya. Penemuan.

Implikasi untuk deteksi metana

Dengan penemuan yang meyakinkan ini, kita tidak hanya telah menemukan molekul yang sulit dipahami, namun kini kita dapat mulai mengeksplorasi apa yang disampaikan oleh struktur kimia ini kepada kita tentang kelahiran, pertumbuhan, dan evolusi planet ini. Misalnya, dengan mengukur jumlah metana dan air di planet ini, kita dapat menyimpulkan rasio atom karbon terhadap atom oksigen. Rasio ini diperkirakan akan berubah tergantung di mana dan kapan planet terbentuk di sistemnya. Oleh karena itu, pemeriksaan rasio karbon terhadap oksigen dapat memberikan petunjuk apakah planet tersebut terbentuk dekat atau jauh dari bintangnya sebelum secara bertahap bergerak ke dalam.

Hal lain yang membuat kami bersemangat tentang penemuan ini adalah kesempatan untuk membandingkan planet di luar tata surya kita dengan planet di dalamnya. NASA memiliki sejarah mengirimkan pesawat ruang angkasa ke raksasa gas di tata surya kita untuk mengukur jumlah metana dan molekul lain di atmosfernya. Sekarang, dengan mengukur gas yang sama di sebuah planet ekstrasurya, kita dapat mulai membuat perbandingan “apel dengan apel” dan melihat apakah prediksi dari tata surya sesuai dengan apa yang kita lihat di luar tata surya.

Prospek masa depan dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb

Terakhir, seiring kita menantikan penemuan Webb di masa depan, hasil ini menunjukkan bahwa kita berada di ambang penemuan yang lebih menarik. Pengamatan tambahan MIRI dan NIRCam pada WASP-80 b menggunakan Webb akan memungkinkan kita menjelajahi sifat-sifat atmosfer pada panjang gelombang cahaya yang berbeda. Temuan kami membuat kami percaya bahwa kami akan dapat memantau molekul kaya karbon lainnya seperti karbon monoksida dan karbon dioksida, sehingga memungkinkan kami memberikan gambaran yang lebih komprehensif tentang kondisi yang ada di atmosfer planet ini.

Selain itu, ketika kita menemukan metana dan gas lainnya di planet ekstrasurya, kita akan terus memperluas pengetahuan kita tentang bagaimana kimia dan fisika bekerja dalam kondisi yang berbeda dari kondisi di Bumi dan, mungkin dalam waktu dekat, di planet lain yang serupa dengan apa yang kita alami di sini. di rumah. Satu hal yang jelas: perjalanan eksplorasi dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb penuh dengan potensi kejutan.

Referensi: “Metana di seluruh atmosfer planet ekstrasurya hangat WASP-80b” oleh Taylor J. Bell, Lewis Wilbanks, Everett Schloein, Michael R. Lane, Jonathan J. Fortney, Thomas B. Green, Kazumasa Ono, Vivian Parmentier, Emily Rauscher , Thomas J. . Beattie, Sajnik Mukherjee, Lindsay S. Weiser, Martha L. Boyer, Marcia J. Ricky dan John A. Stansbury, 22 November 2023, alam.
doi: 10.1038/s41586-023-06687-0

Tentang Penulis:

• Taylor Bell adalah ilmuwan penelitian pascadoktoral di Bay Area Environmental Research Institute (BAERI), yang bekerja di NASA Ames Research Center di Silicon Valley, California.
• Lewis Wilbanks adalah Rekan Hubble NASA di Arizona State University di Tempe, Arizona.