Exoplanet Bisa Membantu Kita Mempelajari Bagaimana Planet Membuat Magnet | Majalah Quanta

Selama beberapa dekade, para astronom dibuat bingung oleh medan magnet planet. Di tata surya kita sendiri, tidak ada aturan yang menjelaskan dunia mana yang menghasilkan selubung magnet ini: Bumi, misalnya, memiliki satu, tetapi dunia kembarnya - Venus - tidak.

Para astronom menduga bahwa salah satu cara terbaik untuk memahami misteri magnet adalah dengan mempelajari dunia yang mengorbit matahari lain. Dengan mengumpulkan sensus medan magnet planet ekstrasurya, peneliti dapat menentukan apakah itu fitur umum dari dunia lain. Melakukan hal itu akan membantu menempatkan tata surya kita dalam konteks dan menyelesaikan beberapa keingintahuan, kata Mary Knapp, seorang astronom yang mempelajari exoplanet di Massachusetts Institute of Technology's Haystack Observatory.

"Bumi versus Venus adalah contoh yang bagus - dua planet yang ukurannya serupa, komposisinya cukup mirip, tetapi sangat berbeda dalam hal medan magnet," kata Knapp.

Merupakan tantangan untuk membangun sensus semacam itu — dan bahkan menemukan medan magnet planet ekstrasurya — karena medan ini redup dan sulit dideteksi. Namun pada bulan April, dua tim independen menemukan apa yang tampak sebagai tanda medan magnet yang dihasilkan oleh planet berbatu yang mengorbit bintang kerdil merah redup sekitar 12 tahun cahaya jauhnya. Planet yang disebut YZ Ceti b sedikit lebih kecil dari Bumi dan kemungkinan terlalu panas untuk kehidupan seperti yang kita kenal. Namun menemukan medan magnet di dunia berbatu dapat memberi tahu kita lebih banyak tentang bagaimana medan magnet terbentuk dan bagaimana pengaruhnya terhadap evolusi planet — dan bahkan kesesuaiannya untuk kehidupan.

“Kita tahu dari tata surya kita bahwa medan magnet memainkan peran penting dalam mempengaruhi bagaimana sebuah planet kehilangan atau mempertahankan atmosfernya dari waktu ke waktu,” kata Jackie Villadsen, seorang astronom di Universitas Bucknell dan anggota salah satu tim. “Kami mencoba menjawab pertanyaan: Seberapa umum medan magnet global yang kuat di planet mirip Bumi?”

Sinyal radio

Di tata surya kita, Bumi dan empat planet raksasa — Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus — memiliki medan magnet yang signifikan. Merkurius hanya memiliki medan redup, dan Mars kemungkinan besar memiliki medan yang lebih kuat di masa lalu, yang hilang karena alasan yang tidak sepenuhnya dipahami.

Medan magnet planet dihasilkan oleh mesin yang disebut dinamo, yang dibangun dari logam cair yang berputar di inti planet. Pengadukan itu menghasilkan arus listrik yang menggerakkan medan magnet. Di Bumi dan empat raksasa gas, proses ini cukup kuat untuk membentuk kepompong pelindung di sekeliling planet, membelokkan partikel bermuatan yang jika tidak akan menerbangkan atmosfer planet.

“Medan magnet bertindak seperti perisai dari radiasi,” kata Ayan Biswas, seorang astronom di Queen's University di Kanada. “Mereka sangat penting bagi kehidupan.”

Para ilmuwan menduga bahwa banyak dari 5,000 exoplanet yang diketahui memiliki medan magnet, tetapi mendeteksinya adalah masalah yang berbeda. Di 1970s, para astronom menduga bahwa ketika medan magnet planet berinteraksi dengan bintang induk planet, itu mungkin menghasilkan lonjakan gelombang radio frekuensi rendah yang dapat diamati yang dipancarkan oleh bintang, yang dikenal sebagai emisi aurora. Waktu lonjakan tersebut, seperti yang terlihat dari Bumi, akan bergantung pada lokasi planet dalam perjalanan orbitnya — mereka seperti sidik jari periodik yang secara tidak langsung mengungkapkan keberadaan planet tersebut.

Bahkan sebelum penemuan planet ekstrasurya pertama pada tahun 1992, "orang mengira ini akan menjadi cara yang sangat bagus untuk mencari planet ekstrasurya," kata Jake Turner, seorang astronom di Universitas Cornell.

Tekniknya terbukti sulit; belum ada pendeteksian kuat medan magnet eksoplanet yang pernah dilakukan sebelumnya, tetapi ada kandidat yang menjanjikan.

Evgenya Sekolah Kolnik, seorang ahli astrofisika di Arizona State University, dan rekannya menggunakan data atmosfer dari empat Jupiter panas - planet raksasa yang mengorbit dekat bintangnya - untuk mendapatkan petunjuk tentang medan magnet pada 2019. Pada 2021, tim yang dipimpin oleh Turner menggunakan teleskop Low Frequency Array (LOFAR) di Belanda untuk mendeteksi sinyal radio dihubungkan dengan medan magnet planet dalam sistem Tau Boötes, 51 tahun cahaya dari Bumi. Dan nanti di tahun 2021, Lotfi Ben-Jaffel di Institut Astrofisika Paris dan rekannya emisi ultraviolet yang terdeteksi dari planet mirip Neptunus bernama HAT-P-11 b, 123 tahun cahaya dari Bumi, yang menunjukkan magnetosfer planet tersebut.

Tapi tidak ada pendeteksian yang pasti - dan tidak ada planet berbatu.

Telepon rumah

Pada tahun 2017, para astronom menemukan sistem yang mereka butuhkan untuk jenis pengamatan tidak langsung yang telah mereka hipotesiskan selama hampir 50 tahun. Tiga planet berbatu mengorbit katai merah YZ Ceti, sangat dekat. Kedekatan sistem dengan planet kita membuat planetnya menjadi sasaran empuk — terutama YZ Ceti b, planet terdalam. Plus, katai merah biasanya memiliki medan magnet yang lebih kuat daripada bintang seperti matahari kita, yang membuatnya lebih mudah untuk mengidentifikasi sidik jari medan magnet planet yang mengorbit. “Ini adalah salah satu sistem pertama yang ditemukan yang memenuhi kriteria tersebut,” kata Villadsen.

Kini dua tim telah menemukan bukti adanya medan magnet yang dibuat oleh YZ Ceti b. Kedua tim melihat semburan gelombang radio berkala yang tampaknya terjadi ketika YZ Ceti b mencapai titik yang sama dalam orbit dua hari mengelilingi bintang. Salah satu tim — Villadsen — mendeteksi sidik jari radio menggunakan Very Large Array di New Mexico. "Kami menemukan bahwa planet ini membutuhkan kekuatan medan magnet yang mirip dengan Bumi untuk menyebabkan kecerahan gelombang radio ini," kata Villadsen.

Tim lainnya, termasuk Biswas, memposting hasil mereka tak lama setelah. Kelompok itu melakukan pengamatan serupa terhadap lonjakan radio berkala menggunakan Teleskop Radio Metrewave Raksasa di India. “Kami 99% yakin [sinyal] datang dari planet ini,” kata Biswas.

Hasilnya menjanjikan, kata Shkolnik, yang tidak terlibat dalam kedua penelitian tersebut. "Saya belum akan menganggapnya sebagai konfirmasi, tapi itu sangat sugestif," katanya. Deteksi yang lebih pasti akan membutuhkan lebih banyak pengamatan bintang dan lonjakan radio berkala. Dia dan yang lainnya berharap pengamatan serupa dapat dilakukan untuk Sistem TRAPPIST-1 dari tujuh dunia seukuran Bumi yang mengorbit katai merah 40 tahun cahaya dari Bumi, atau bahkan untuk katai merah Proxima Centauri, bintang terdekat ke Bumi pada jarak 4.25 tahun cahaya, yang menampung (kemungkinan) planet berbatu.

Untuk Bulan

Menemukan medan magnet planet ekstrasurya sangat penting untuk memahami seberapa umum mereka dan bagaimana planet membuat magnet. “Kami tidak benar-benar memiliki pemahaman yang luar biasa tentang bagaimana benda-benda ini dihasilkan di planet-planet,” kata Robert Kavanagh, seorang astronom di Universitas Leiden di Belanda.

Di tata surya kita, dinamo tampaknya menjadi kuncinya. Tapi dinamo mungkin bukan satu-satunya cara untuk menghasilkan medan magnet planet, terutama di "Bumi-super" - dunia yang berada di antara Bumi dan Neptunus secara massal - yang merupakan jenis planet ekstrasurya yang paling umum terlihat sejauh ini. Miki Nakajima, seorang ilmuwan planet di University of Rochester, sedang menyelidiki apakah fluktuasi panas di dalam sebuah planet dapat bekerja di dalam dunia yang memiliki interior cair tetapi tidak memiliki inti padat. “Saya tertarik pada apakah lautan magma dapat menghasilkan medan magnet,” katanya, mencatat bahwa “lautan magma seharusnya cukup umum di Bumi super.”

Tetapi para astronom mengatakan bahwa teknik baru diperlukan untuk mengubah pencarian dari deteksi satu kali menjadi jenis sensus yang mereka harapkan.

Satu ide yang sedang dikerjakan Knapp, disebut GO-RENDAH, akan menggunakan armada ribuan pesawat ruang angkasa kecil untuk mempelajari gelombang radio dari planet ekstrasurya. Gagasan lainnya adalah FARSIDE, a susunan radio yang diusulkan dari NASA yang akan ditempatkan di sisi jauh bulan, bebas dari gangguan radio dari Bumi. Jika salah satu dari proyek ini membuahkan hasil, para astronom dapat memecahkan misteri yang abadi ini - atau mengungkap harta karun yang lebih membingungkan dari kesenangan yang tidak wajar.

"Apakah kita akan menemukan Bumi dengan bidang seukuran Jupiter, atau Jupiter dengan bidang seukuran Bumi?" kata Knapp. "Aku tidak tahu, tapi aku benar-benar ingin mencari tahu."