Kredit gambar: NASA
Sekiranya ahli astronomi asing di sekeliling bintang yang jauh telah mengkaji Matahari muda empat setengah bilion tahun yang lalu, adakah mereka dapat melihat tanda-tanda Bumi yang baru terbentuk mengorbit bintang kuning yang tidak berbahaya ini? Jawapannya adalah ya, menurut Scott Kenyon (Balai Cerap Astrofizik Smithsonian) dan Benjamin Bromley (Universiti Utah). Selain itu, model komputer mereka mengatakan bahawa kita boleh menggunakan tanda yang sama untuk mencari tempat di mana planet sebesar Bumi pada masa ini membentuk dunia muda yang, suatu hari nanti, mungkin menjadi tuan rumah kehidupan mereka sendiri.
Kunci untuk mencari Bumi yang baru lahir, kata Kenyon dan Bromley, adalah bukan untuk mencari planet itu sendiri, tetapi untuk cincin debu yang mengorbit bintang yang merupakan cap jari pembentukan planet darat (berbatu).
'Kemungkinan, jika terdapat cincin debu, ada planet,' kata Kenyon.
Planet yang Baik Sukar Ditemui
Sistem suria kita terbentuk daripada cakera gas dan habuk yang berputar, dipanggil cakera protoplanet, yang mengorbit Matahari muda. Bahan yang sama ditemui di seluruh galaksi kita, jadi undang-undang fizik meramalkan bahawa sistem bintang lain akan membentuk planet dengan cara yang sama.
Walaupun planet mungkin biasa, ia sukar untuk dikesan kerana ia terlalu samar dan terletak terlalu dekat dengan bintang yang lebih terang. Oleh itu, ahli astronomi mencari planet dengan mencari bukti tidak langsung kewujudan mereka. Dalam sistem planet muda, bukti itu mungkin terdapat dalam cakera itu sendiri, dan bagaimana planet mempengaruhi cakera berdebu dari mana ia terbentuk.
Planet yang besar bersaiz Musytari mempunyai graviti yang kuat. Graviti itu sangat mempengaruhi cakera berdebu. Musytari tunggal boleh mengosongkan celah berbentuk cincin dalam cakera, meledingkan cakera, atau mencipta petak habuk pekat yang meninggalkan corak dalam cakera seperti bangun dari bot. Kehadiran planet gergasi mungkin menjelaskan corak seperti bangun yang dilihat dalam cakera di sekitar bintang Vega berusia 350 juta tahun.
Dunia kecil bersaiz Bumi, sebaliknya, mempunyai graviti yang lebih lemah. Mereka menjejaskan cakera dengan lebih lemah, meninggalkan tanda-tanda kehadiran yang lebih halus. Daripada mencari warps atau wakes, Kenyon dan Bromley mengesyorkan melihat untuk melihat sejauh mana kecerahan sistem bintang pada panjang gelombang cahaya inframerah (IR). (Cahaya inframerah, yang kita anggap sebagai haba, adalah cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang dan kurang tenaga daripada cahaya yang boleh dilihat.)
Bintang dengan cakera berdebu lebih terang dalam IR berbanding bintang tanpa cakera. Lebih banyak habuk yang disimpan oleh sistem bintang, lebih terang ia dalam IR. Kenyon dan Bromley telah menunjukkan bahawa ahli astronomi boleh menggunakan kecerahan IR bukan sahaja untuk mengesan cakera, tetapi juga untuk memberitahu apabila planet bersaiz Bumi terbentuk dalam cakera itu.
'Kami adalah yang pertama mengira tahap pengeluaran habuk yang dijangkakan dan lebihan inframerah yang berkaitan, dan yang pertama menunjukkan bahawa pembentukan planet daratan menghasilkan jumlah habuk yang boleh diperhatikan,' kata Bromley.
Membina Planet Dari Bawah Ke Atas
Teori pembentukan planet yang paling lazim memerlukan pembinaan planet 'dari bawah ke atas.' Menurut teori pembekuan, cebisan kecil bahan berbatu dalam cakera protoplanet berlanggar dan melekat bersama. Selama beribu-ribu tahun, rumpun kecil tumbuh menjadi rumpun yang lebih besar dan lebih besar, seperti membina manusia salji satu genggam salji pada satu masa. Akhirnya, rumpun berbatu itu tumbuh begitu besar sehingga menjadi planet yang lengkap.
Kenyon dan Bromley memodelkan proses pembentukan planet menggunakan program komputer yang kompleks. Mereka 'membenihkan' cakera protoplanet dengan satu bilion planetesimal bersaiz 0.6 batu (1 kilometer), semuanya mengorbit bintang tengah, dan memajukan sistem dalam masa untuk melihat bagaimana planet berkembang daripada bahan asas tersebut.
'Kami membuat simulasi sebagai realistik yang kami boleh dan masih menyelesaikan pengiraan dalam jumlah masa yang munasabah,' kata Bromley.
Mereka mendapati proses pembentukan planet sangat cekap. Pada mulanya, perlanggaran antara planetesimal berlaku pada halaju rendah, jadi objek yang berlanggar cenderung untuk bergabung dan berkembang. Pada jarak biasa Bumi-Matahari, ia hanya mengambil masa kira-kira 1000 tahun untuk objek 1 kilometer untuk membesar menjadi objek 100 kilometer (60 batu). 10,000 tahun lagi menghasilkan protoplanet berdiameter 600 batu, yang berkembang selama 10,000 tahun tambahan untuk menjadi protoplanet berdiameter 1200 batu. Oleh itu, objek bersaiz Bulan boleh terbentuk dalam masa 20,000 tahun.
Apabila planetesimal dalam cakera semakin besar dan lebih besar, graviti mereka semakin kuat. Sebaik sahaja beberapa objek mencapai saiz 600 batu, mereka mula 'mengacau' baki objek yang lebih kecil. Graviti katapel ketulan batu yang lebih kecil bersaiz asteroid ke kelajuan yang lebih tinggi dan lebih tinggi. Mereka bergerak dengan pantas sehingga apabila berlanggar, mereka tidak bergabung-mereka hancur, menghancurkan satu sama lain dengan ganas. Walaupun protoplanet terbesar terus berkembang, selebihnya planetesimal berbatu mengisar satu sama lain menjadi debu.
'Habuk terbentuk betul-betul di mana planet terbentuk, pada jarak yang sama dari bintangnya,' kata Kenyon. Akibatnya, suhu habuk menunjukkan di mana planet terbentuk. Debu dalam orbit seperti Zuhrah akan menjadi lebih panas daripada habuk dalam orbit seperti Bumi, memberikan petunjuk kepada jarak planet bayi dari bintangnya.
Saiz objek terbesar dalam cakera menentukan kadar pengeluaran habuk. Jumlah habuk memuncak apabila protoplanet 600 batu telah terbentuk.
'Teleskop Angkasa Spitzer sepatutnya dapat mengesan puncak habuk seperti itu, ' kata Bromley.
Pada masa ini, model pembentukan planet terestrial Kenyon dan Bromley hanya meliputi sebahagian kecil daripada sistem suria, dari orbit Zuhrah ke jarak kira-kira separuh antara Bumi dan Marikh. Pada masa hadapan, mereka merancang untuk memanjangkan model untuk merangkumi orbit yang hampir dengan Matahari seperti Mercury dan sejauh Marikh.
Mereka juga telah memodelkan pembentukan Kuiper Belt-sebuah kawasan objek kecil, berais dan berbatu di luar orbit Neptun. Langkah logik seterusnya ialah memodelkan pembentukan gergasi gas seperti Musytari dan Zuhal.
'Kami bermula di tepi sistem suria dan bekerja ke dalam,' kata Kenyon sambil tersenyum. 'Kami juga bekerja secara besar-besaran. Bumi adalah 1000 kali lebih besar daripada objek Kuiper Belt, dan Musytari adalah 1000 kali lebih besar daripada Bumi.'
'Matlamat utama kami adalah untuk memodelkan dan memahami pembentukan keseluruhan sistem suria kami.' Kenyon menganggarkan bahawa matlamat mereka boleh dicapai dalam tempoh satu dekad, kerana kelajuan komputer terus meningkat, membolehkan simulasi keseluruhan sistem suria.
Penyelidikan ini diterbitkan dalam edisi 20 Februari 2004, The Astrophysical Journal Letters. Maklumat tambahan dan animasi boleh didapati dalam talian di http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Beribu pejabat di Cambridge, Mass., Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian ialah kerjasama bersama antara Balai Cerap Astrofizik Smithsonian dan Balai Cerap Kolej Harvard. Para saintis CfA, yang disusun dalam enam bahagian penyelidikan, mengkaji asal usul, evolusi dan nasib muktamad alam semesta.
Sumber Asal: Siaran Berita CfA