NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Penemuan sistem TOI-2076, yang oleh para ilmuwan disebut sebagai “Tata Surya Remaja”, memberikan lebih banyak petunjuk tentang fotoevaporasi, sebuah fase singkat namun penting dalam perkembangannya.
Tata Surya stabil yang kita lihat saat ini membutuhkan waktu untuk berkembang. Orbit planet tidak hanya membutuhkan waktu untuk stabil, tetapi atmosfer planet juga perlu waktu. memerlukan waktu untuk berevolusi. Faktanya, orbit planet dan atmosfer yang berevolusi bekerja sama untuk menentukan tampilan akhir tata surya, dan fotoevaporasi mendorong proses ini.
A fotoevaporasi terjadi ketika radiasi ultraviolet dan/atau sinar-X dari sebuah bintang memanaskan dan mengionisasi gas di atmosfer planet atau di piringan protoplanet, menghilangkan dan menghilangkannya. Hal ini menghilangkan massa, dan hilangnya massa mempengaruhi susunan orbit planet.
Fotoevaporasi adalah langkah singkat namun penting dalam perkembangan tata surya, dan langkah ini terjadi miliaran tahun yang lalu di sistem kita. Tapi bagaimana sebenarnya cara kerjanya?
Pengamatan atas apa yang disebut peneliti tata surya remaja mungkin berisi beberapa jawaban. Sistem ini disebut TOI-2076 dan pertama kali ditemukan oleh TESS pada tahun 2020. Investigasi baru diterbitkan di Nature Astronomy menyajikan pengamatan ini. Penulis utama artikel ini adalah Mu-Tian Wang, dari Sekolah Astronomi dan Ilmu Luar Angkasa di Universitas Nanjing, Tiongkok.
“Kami menyajikan karakterisasi lengkap dari sistem TOI-2076, yang usianya sekitar 200 juta tahun menjadikannya tonggak penting bagi studi tentang evolusi dinamis dan erosi atmosfer purba”, tulis para penulis.
Mereka menjelaskan bahwa tata surya muda sering kali terlihat resonansi gerak rata-rata (RMM). Resonansi ini terjadi ketika beberapa planet memiliki orbit dengan rasio bilangan bulat sederhana satu sama lain. RMM ini sering kali terputus, sesuatu yang diprediksi oleh model Nice.
Model Nice pada dasarnya menyatakan bahwa planet-planet raksasa di Tata Surya kita terbentuk berdekatan satu sama lain dan bermigrasi ke posisi mereka saat ini melalui interaksi gravitasi. Hal ini menyebabkan Pengeboman Akhir yang Intensperiode yang mungkin menjelaskan banyaknya jumlah kawah yang diamati pada permukaan benda berbatu di Tata Surya. Hal ini terjadi setelah fotoevaporasi, suatu fase di mana bintang muda membuang gas di piringan protoplanetnya dan juga menghilangkan atmosfer planet dengan radiasinya. Hal ini mengubah hubungan orbit antar planet.
Fotoevaporasi merupakan fase penting dalam perkembangan Tata Surya. Ini adalah fase transformasi antara tata surya muda dan tata surya yang lebih matang seperti tata surya kita. Penelitian menunjukkan bahwa fotoevaporasi dapat mengurangi gangguan rasio massa radiasi (MMR) dalam sistem planet, menghabiskan gas antar planet, dan menstabilkan orbit. Periode fotoevaporasi juga bisa mengikis atmosfer planet.
“Periode transformasi sangat singkat dibandingkan dengan keseluruhan masa pakai sistem,” kata Howard Chen, salah satu penulis dari Departemen Ilmu Dirgantara, Fisika, dan Antariksa di Institut Teknologi Florida. “Periode ini adalah sangat penting untuk menentukan bagaimana sistem akan berkembang menjadi keadaan matang.”
“Di sini kami menyajikan karakterisasi rinci sistem TOI-2076, berusia sekitar 200 juta tahun, yang berisi empat planet sub-Neptunus dengan diameter antara 1,4 dan 3,5 jari-jari Bumi,” tulis para penulis. “Kami menunjukkan bahwa planet-planet mereka dekat, namun tidak terjebak dalam, resonansi gerak rata-rata, sehingga membuat sistem ini rapuh secara dinamis.”
TOI-2076 merupakan bintang muda tipe K yang usianya baru sekitar 210 juta tahun. Keempat planetnya mengorbit dalam urutan yang hampir konsisten, bukti bahwa mereka pernah berada lebih dekat satu sama lain namun perlahan-lahan bermigrasi ke luar. Pengamatan juga menunjukkan hal itu semuanya memiliki inti berbatu. Tapi atmosfer mereka berbeda. Planet yang paling dekat dengan bintang kehilangan atmosfernya karena fotoevaporasi, sedangkan tiga planet terluar tidak mengalami dampak sedemikian rupa.
Chen bekerja dengan model komputer evolusi planet, dan model ini menunjukkan planet itu secara bertahap kehilangan atmosfernya karena fotoevaporasi. Yang masih belum jelas adalah berapa lama waktu yang dibutuhkan dan bagaimana tepatnya fotoevaporasi mempengaruhi tata surya muda.
Chen menggunakan modelnya untuk mensimulasikan bagaimana fotoevaporasi akan membentuk evolusi planet sejak lahir hingga remaja. Dengan observasi dari sistem TOI-2076, para peneliti membandingkannya dengan model mereka.
Mereka menemukan kesepakatan antara model dan observasi. Seiring berjalannya waktu, planet-planet tersebut berevolusi menyerupai planet-planet pada sistem TOI-2076. Artinya, fotoevaporasi memainkan peran penting dalam pembentukan planet yang berevolusi. Radiasi bintang yang kuat mengikis atmosfer planet seiring berjalannya waktu yang terjauh dari bintang mempertahankan lebih banyak atmosfer. Fotoevaporasi menghilangkan massa, dan planet-planet secara bertahap menjauh satu sama lain seiring dengan hilangnya atmosfer mereka.
“Tren ini konsisten dengan hilangnya massa atmosfer akibat fotoevaporasi, yang memperkirakan bahwa selubung planet yang terkena radiasi akan terkikis seluruhnya atau terkikis habis. stabil pada tingkat residu sekitar 1% massa dalam jutaan tahun pertama, dengan planet-planet terjauh dan paling sedikit terkena radiasi masih mempertahankan sebagian besar selubung primordialnya”, jelas para peneliti.
“Bagi saya, tujuan utama pemodelan adalah menghubungkan hasil dengan observasi. Kami ingin model kami mencerminkan dunia nyata, namun hal itu tidak selalu terjadi,” kata Chen dalam siaran persnya. “Melihat model ini bekerja di dunia nyata dan menjelaskan apa yang terjadi sangatlah berdampak.”
Hasilnya juga menunjukkan bahwa sebagian besar tata surya akan stabil setelah fase fotoevaporasi. Setelah sekitar 100 juta tahunsistem ini akan stabil seperti Tata Surya kita dan diperkirakan akan tetap seperti itu selama miliaran tahun.
“Kami menemukan bahwa pelarian hidrodinamik didorong oleh radiasi ultraviolet ekstrim (XUV) menawarkan penjelasan yang masuk akal atas perbedaan hasil atmosfer yang diamati di antara empat planet yang dimodelkan, meskipun mereka kemungkinan besar terbentuk di lingkungan cakram yang serupa dengan komposisi primordial yang sebanding,” tulis para peneliti.
Namun penulis juga menunjukkan bahwa ada mekanisme lain yang bekerja secara bersamaan dan hilangnya atmosfer melalui fotoevaporasi bukanlah satu-satunya kekuatan yang membentuk suatu sistem. “Namun, mekanisme ini tidak mungkin berjalan sendiri-sendiri atau mendominasi dalam semua kasus,” tulis mereka. Selama fase pra-deret utama, penyinaran lebih intensmendorong hilangnya massa yang lebih besar. Sebuah planet ekstrasurya mungkin juga memiliki penyebab internal atas hilangnya massa, seperti pelepasan massa yang disebabkan oleh limbah panas dari pembentukan planet. Dalam beberapa kasus, sub-Neptunus mungkin terus mengalami kehilangan massa atmosfer jauh di kemudian hari dalam sejarah tata surya.
“Penemuan kami memberikan bukti pengamatan langsung bahwa perombakan dinamis dan atmosfer sistem planet kompak dimulai sejak dini dan menawarkan dasar empiris untuk model evolusi jangka panjang mereka,” para penulis menyimpulkan.
