Berapa Banyak Planet yang Luput dari Pengamatan Teleskop Kepler NASA?

Ilustrasi Teleskop Antariksa Kepler NASA pemburu planet.
NASA Ames/W Stenzel

Berapa jumlah planet di galaksi kita? Pertanyaan ini adalah spekulasi murni 30 tahun yang lalu, karena saat itu kita belum pernah menemukan planet di luar tata surya kita sendiri (eksoplanet). Hari ini kita kita telah menemukan ribuan dari mereka yang mayoritas ditemukan oleh misi Teleskop Antariksa Kepler NASA. Tapi, terlepas dari keberhasilan Kepler dengan semua penemuan terbaru eksoplanet, yang lebih luar biasa adalah pertanyaan apakah ada yang terlewat dan berapa jumlahnya? Rudy Siegel (bukan kerabat Ethan Siegel, sang penulis artikel) ingin mengetahuinya.

Pertanyaannya adalah karena Kepler menerapkan metode transit untuk mendeteksi eksoplanet, berapa banyak yang kita lewatkan karena persejajaran non-ekliptika?

Jawabannya terdiri dari dua bagian: Kepler meluputkan lebih dari 99% dari jumlah mereka, dan bahkan mungkin ada lebih banyak yang terlewat, tapi sama sekali tidak terkait dengan persejajaran non-ekliptika.

Ilustrasi planet yang ditemukan oleh Kepler. Perhatikan bias terhadap dunia yang lebih besar dan lebih dekat.
NASA/W. Stenzel

Kepler beroperasi dengan melihat wilayah kecil langit di galaksi kita setiap hari selama kurang lebih tiga tahun, sampai misi utamanya berakhir. Dengan melihat ke bagian bawah salah satu lengan spiral Bima Sakti, bahkan hanya dengan bidang pandangnya yang sempit, Kepler dapat memantau sekitar 150.000 bintang, sembari mengamati perubahan lemah skala kecerahan cahaya bintang secara periodik. Jika cahaya bintang meredup lemah untuk waktu yang singkat dan kembali ke tingkat kecerahannya semula, kemudian penurunan skala kecerahannya selalu sama, maka fenomena ini ditandai sebagai kandidat planet.

Transit utama (L) dan deteksi eksoplanet saat berada di belakang bintang induk (R) dari eksoplanet KOI-64 yang ditemukan Kepler.

Pendekatan ini disebut metode transit. Sistem planet lain bisa berada dalam segala orientasi sudut pandang yang relatif terhadap kita, tapi sesekali kita menemukan saat planet melintas di depan bintang induk sejajar dengan garis pandang kita. Ada fenomena selain planet yang juga mengakibatkan meredupnya cahaya bintang, termasuk:

• Asteroid di Sabuk Kuiper tata surya kita sendiri,
• Planet pengembara tanpa bintang induk,
• Sistem bintang biner yang saling mengorbit,
• atau variabilitas internal bintang itu sendiri, seperti bintik surya yang besar.

Pada tahun 2006, Merkurius melintas di depan Matahari, namun bintik surya berukuran besar di bagian tepi Matahari menurunkan skala kecerahan beberapa kali lipat lebih kuat.
Williams College; Glenn Schneider, Jay Pasachoff, dan Suranjit Tilakawardane

Tetapi jika penurunan skala kecerahan terjadi secara periodik, maka akan menjadi kandidat ideal untuk observasi tindak lanjut menggunakan metode lain. Sekitar 50% kandidat planet yang ditemukan Kepler memang adalah planet, jumlahnya mencapai ribuan. Dari 150.000 bintang di bidang pandang Kepler, jumlah tersebut tidak terlalu banyak. Sebagaimana yang intuisi Rudy (sang penanya), persejajaran memang banyak terkait dengan hal itu.

Bidang pandang Kepler berisi sekitar 150.000 bintang, namun transit planet yang dapat diamati hanya ribuan. Secara teori, hampir semua bintang seharusnya memiliki planet.
Lukisan karya Jon Lomberg, diagram misi Kepler ditambahkan oleh NASA

Bintang merupakan entitas yang cukup besar, bahkan yang paling kecil diameternya mencapai lebih dari 100.000 km, namun jarak bintang dengan planet lebih luar biasa lagi, apabila diukur jaraknya bisa jutaan hingga miliaran kilometer mengacu pada sumbu semimayor mereka. Di tata surya, Merkurius adalah planet terdekat dari Matahari dan sering transit di depan Matahari. Tapi hanya karena semua planet anggota tata surya berada di bidang yang sama! Jika kita berada di luar tata surya, kemungkinan besar kita akan menempati orientasi acak relatif terhadap bidang ekliptika kita sendiri, dan prosentase transit Merkurius yang dapat diamati sangat kecil.

Dilihat dari orientasi acak di ruang angkasa, dan mengingat ukuran relatif dan jarak orbit masing-masing planet dibandingkan dengan Matahari, kita dapat menghitung probabilitas transit. Semakin jauh dari Matahari, maka semakin rendah probabilitasnya. 

Sebenarnya, kita dapat menghitung transit untuk setiap planet di tata surya, mengingat kita berada dekat dengan Matahari, meskipun probabilitas transit Merkurius kurang dari 1% untuk bidang orbit sejajar dengan pengamat. Namun jika seorang pengamat berada di Jupiter, peluangnya hanya 1:2.000. Jelas, sebagian besar planet terluput oleh Kepler dan orientasi transit merupakan faktor yang paling berpengaruh.

Tapi ada faktor lain yang bahkan lebih penting lagi.

Kepler dirancang untuk mencari transit planet, saat sebuah planet besar transit akan mengurangi tingkat kecerahan cahaya bintang hingga 1%. Semakin kecil ukuran planet, semakin banyak transit yang dibutuhkan untuk mendapatkan sinyal kuat.
Matt dari Zooniverse/Tim Pemburu Planet

Ukuran juga turut memainkan peran besar. Jika sebuah planet menghalangi 1% kecerahan cahaya bintang induk selama transit, maka Kepler dapat mengamatinya dengan mudah. Jika hanya menghalangi 0,1%, dibutuhkan 10 orbit untuk menghasilkan sinyal setara dengan angka 1%. Planet seukuran Merkurius terlalu kecil untuk diamati di dekat bintang mirip Matahari. Jadi, semua planet seukuran Mars lebih sulit ditemukan, planet terbesar yang menginduk bintang terkecil paling mudah ditemukan, sebagaimana yang telah dilakukan Kepler selama ini.

Jumlah planet yang ditemukan oleh Kepler diurutkan berdasarkan distribusi ukuran hingga Mei 2016. Planet kategori Bumi super atau Neptunus mini adalah yang paling banyak, sedangkan planet seukuran Bumi lebih sedikit.

Terluputnya planet dari observasi Kepler adalah karena faktor waktu. Misi Kepler hanya berlangsung selama tiga tahun, sehingga hanya bisa mendeteksi beberapa transit. Semua planet raksasa gas seperti di tata surya kita, meskipun ukurannya sangat besar, justru sama sekali tidak terlihat oleh Kepler! Jika kita menggabungkan semuanya ini, kita menemukan ada beberapa faktor utama yang dibutuhkan Kepler untuk mendeteksi transit planet:

1. Orientasi transit planet harus cukup baik dari sudut pandang kita.
2. Ukuran planet harus cukup besar relatif terhadap ukuran bintang, sehingga cahaya yang diblokir dapat dideteksi sebagai sinyal transit.
3. Planet harus berada cukup dekat dari bintang induk selama transit setidaknya dua kali selama periode observasi.

Meskipun telah menemukan planet seukuran Bumi, sebagian besar planet yang ditemukan Kepler lebih besar dari Bumi dan jaraknya lebih dekat dibandingkan jarak Bumi-Matahari, mungkin karena hanya itulah cara termudah untuk menemukan planet.
NASA Ames/W. Stenzel; Universitas Princeton/T. Morton

Sangat menarik untuk menganalisis jumlah planet yang telah kita temukan sejauh ini dan memperkirakan berapa jumlah planet yang seharusnya eksis untuk semua bintang di galaksi, namun kita tidak memiliki cukup data. Kita telah mengukur keseluruhan Bima Sakti berdasarkan hubungan jarak/orbit, dan aman jika memprediksi setidaknya ada 1.000 kali lebih banyak planet daripada yang telah kita temukan sejauh ini. Tapi untuk wilayah terluar tata surya, kita belum memiliki cukup data untuk mengetahuinya. Dengan menerapkan metode saat ini, kita harus menyelidiki selama ratusan tahun untuk mengetahuinya secara pasti. Tapi masih ada harapan lain.

Konsep Teleskop Antariksa LUVOIR yang akan ditempatkan di titik L2 Lagrange. Dipersenjatai cermin utama sebesar 15,1 meter, LUVOIR akan mengungkap rahasia alam semesta dan memberikan kekayaan berharga kepada sains dan astronomi.
NASA/Tim konsep LUVOIR; Serge Brunier (latar belakang)

Teleskop 30 meter berbasis darat seperti Teleskop Magellan Raksasa dan European Extremely Large Telescope berpotensi menggambarkan dunia-dunia asing dari pantulan cahaya mereka. Sementara instrumen pamungkas LUVOIR, sebuah teleskop berbasis antariksa berukuran 10-15 meter, akan memberikan gambaran tentang planet yang belum pernah dibayangkan oleh teknologi terkini. Sampai kita dapat memastikan apa yang ada di luar sana, yang bisa kita lakukan adalah menetapkan batasan dan membuat perkiraan. Saat ini kita menduga ada triliunan planet yang mengorbit bintang masing-masing di Bima Sakti, tapi kita tak ingin sekadar memprediksi, kita ingin mengetahuinya. Dengan sedikit keberuntungan, anggaran yang memadai dan kerja keras, mungkin pertanyaan yang ingin kita ketahui, jawabannya akan diungkap oleh sains hanya dalam waktu beberapa dekade.

Ditulis oleh: Ethan Siegel, kontributor www.forbes.com

Astrofisika dan penulis Ethan Siegel adalah pendiri dan penulis utama Starts With A Bang! Buku-bukunya, Treknology dan Beyond The Galaxy, tersedia dimanapun buku-buku dijual.

Sumber: Ask Ethan: How Many Planets Did NASA's Kepler Miss?

#terimakasihgoogle