Petunjuk Baru Apa yang Akan Terjadi Saat Matahari Memakan Bumi | Majalah Kuanta

Nasib bumi bergantung pada lemparan koin.

Dalam 5 miliar tahun, matahari kita akan membengkak menjadi bintang raksasa merah. Apakah Bumi bisa bertahan adalah “pertanyaan terbuka,” katanya Melinda Soares-Furtado, seorang ahli astrofisika di Universitas Wisconsin, Madison. Tentu saja, Bumi bisa saja ditelan matahari dan hancur. Namun dalam beberapa skenario, Bumi lolos dan terdorong lebih jauh ke tata surya.

Kini, sistem planet terdekat telah memberikan petunjuk tentang kosmik planet kita di masa depan. Sekitar 57 tahun cahaya jauhnya, empat planet mengorbit bintang mirip matahari yang berusia 10 miliar tahun – dua kali lebih tua dari matahari, dan sudah berada pada tahap akhir kehidupannya. Stephen Kane, seorang astrofisikawan yang berspesialisasi dalam kelayakhunian planet di University of California, Riverside, baru-baru ini memodelkan apa yang mungkin terjadi ke planet-planet di sistem tua ketika bintang tersebut menjadi raksasa merah dalam satu miliar tahun. Ia menemukan bahwa sebagian besar planet bagian dalam akan ditelan, namun planet terluar yang diketahui, yang memiliki orbit serupa dengan Venus, mungkin akan bertahan.

Usia bintang yang sudah lanjut memudahkan untuk memodelkan perluasannya dan menawarkan perkiraan yang lebih akurat tentang masa depan sistem planet kita. “Ini makalah yang sangat menarik,” katanya Jonathon Zink, seorang astrofisikawan di California Institute of Technology. “Jika kita dapat menemukan [lebih banyak] sistem pada berbagai fase evolusi bintang, kita mungkin dapat menyimpulkan apa yang akan [terjadi].”

Dunia Renyah

Ketika sebuah planet ditelan, kematian bisa terjadi dengan cepat. Pada tahun 2022, Ricardo Yarza, seorang ahli astrofisika bintang di Universitas California, Santa Cruz, melakukan simulasi apa yang terjadi ketika raksasa merah menelan sebuah planet. Ia menemukan bahwa jika planet ini terletak cukup dekat dengan bintang, orbitnya akan meluruh dengan cepat. Gas di atmosfer bintang menciptakan hambatan pada planet ini, dan “planet ini terus tenggelam semakin dalam ke dalam bintang,” kata Yarza. Dalam beberapa ratus tahun, sebagian besar planet akan hancur.

Hingga baru-baru ini, momen-momen terakhir dari kehidupan planet yang hancur ini “belum pernah diamati secara langsung,” katanya Kishalay De, seorang astronom di Massachusetts Institute of Technology. Namun pada tahun 2020, tim De melihat sebuah bintang yang berjarak 12,000 tahun cahaya untuk sementara menjadi beberapa ratus kali lebih terang. Kilatan cahaya itu terlalu redup untuk dianggap berasal dari penggabungan dengan bintang lain. Tapi intensitasnya tepat untuk dihasilkan oleh makanan seukuran planet, De dan rekan-rekannya melaporkan Mei.

Tim tersebut menduga bahwa sebuah planet yang beberapa kali lebih besar dari Jupiter telah terperangkap ketika bintang berusia 10 miliar tahun itu mulai berkembang menjadi raksasa merah. “Ini adalah masa depan tata surya kita,” kata De.

Bintang Berkembang Kami

Ketika bintang deret utama seperti Matahari kita – juga disebut bintang tipe G atau katai kuning – mencapai akhir masa pakainya, ia akan kehabisan hidrogen yang dibutuhkan untuk menggerakkan fusi nuklir di intinya. Saat bintang beralih ke sumber bahan bakar lain dan kehilangan massa, intinya menjadi lebih panas, dan atmosfernya membengkak selama jutaan tahun. Pada akhirnya, matahari kita akan membesar 200 kali lipat ukurannya saat ini.

Matahari yang membesar itu akan memakan Merkurius dan mungkin Venus, sebelum tumbuh begitu besar hingga mendekati orbit Bumi – jarak yang dikenal sebagai satu unit astronomi, atau AU. Namun hal ini bisa diperluas lebih jauh lagi. “Dalam beberapa model,” kata Antonino Lanza, seorang astronom di Astrophysical Observatory of Catania di Italia, “itu bisa menelan Mars.” Ketidakpastian utama, katanya, terletak pada berapa banyak massa matahari yang akan hilang seiring bertambahnya usia; semakin banyak peluruhannya, semakin kecil radius akhirnya. “Itu kurang diketahui,” katanya.

Untuk saat ini, perkiraan terbaik kami menunjukkan bahwa matahari akan tumbuh antara 0.85 dan 1.5 AU. Namun saat bintang kehilangan massanya, tarikan gravitasi yang lebih lemah akan meningkatkan orbit Bumi, yang berarti planet kita bisa lolos dari proses menelan.

Untuk melihat masa depan Bumi, para astronom beralih ke bola kristal yang berisi sistem planet asing. Tujuan mereka adalah menemukan bintang mirip matahari yang akan segera menggelembung (atau baru saja menggelembung) menjadi raksasa merah.

Itulah sebabnya Rho Coronae Borealis, bintang katai kuning terdekat yang diperkirakan mencapai akhir masa cerahnya, menarik perhatian Kane. Tiga dari empat planet yang diketahui mengorbit dekat bintang, berada dalam jalur Venus mengelilingi matahari kita. Planet terluar, dengan satu tahun yang berlangsung selama 282 hari, memiliki orbit yang mirip dengan Venus.

Analisis Kane, diterbitkan bulan lalu, menunjukkan bahwa bintang yang sedang tumbuh akan menelan ketiga planet bagian dalam. Dunia terdalam, yang diperkirakan berbatu dan berukuran hampir empat kali massa Bumi, akan menguap dalam beberapa ratus tahun. “Plasma membuat planet menjadi sangat panas dan menyebabkannya hancur,” kata Kane. “Bahkan bebatuan di permukaan akan mencair.” Planet berikutnya, sebuah planet gas raksasa bermassa Jupiter, berukuran sangat besar sehingga ia akan berputar ke dalam dan terkoyak oleh gravitasi bintang, alih-alih menguap. Planet ketiga, dunia yang lebih kecil bermassa Neptunus, kemungkinan besar juga akan ditelan dan diuapkan.

Namun planet terluar — juga seukuran Neptunus — mungkin akan bertahan. Saat bintang membesar, ia akan menelan planet ini untuk sementara selama beberapa ribu tahun. Pada saat ini, suhu ekstrem akan membakar permukaan planet, namun planet itu sendiri harus tetap bertahan karena atmosfer bintang tidak terlalu padat pada jarak tersebut. Bintang tersebut kemudian akan berkontraksi dan mengembang sekali lagi, kembali menelan planet ini selama beberapa milenium. Jika planet ini dapat bertahan jika dipermainkan seperti tikus jantan, maka planet tersebut dapat muncul dari atmosfer saat bintang menyusut untuk terakhir kalinya. “Jadi pada akhirnya ia memiliki peluang untuk melarikan diri,” kata Kane.

Kane, misalnya, optimis terhadap peluang yang ada di planet ini dan apa dampaknya bagi dunia kita. “Saya menduga Bumi akan bergerak keluar dan ia akan bertahan,” katanya.

The Great Escape

Jika sebuah planet bisa lolos dari menelan, peluangnya untuk memiliki umur yang lebih panjang cukup menjanjikan. Ketika sebuah bintang seperti Matahari kita mengembang menjadi raksasa merah dan melepaskan lapisan luarnya, pada akhirnya yang tersisa hanyalah bangkai bintang padat berwarna putih panas yang dikenal sebagai katai putih. Benda-benda ini mengandung setengah massa bintang aslinya, dan dikemas dalam area seukuran Bumi. Mereka akan terus terbakar selama triliunan tahun.

Dalam dua dekade terakhir, para ilmuwan telah menemukan a segelintir planet ekstrasurya mengorbit katai putih, kata Mary Anne Limbach, seorang ilmuwan planet ekstrasurya di Universitas Michigan. Planet-planet ini selamat dari fase raksasa merah bintangnya, meski tidak jelas bagaimana caranya. Beberapa dunia — yang cenderung merupakan raksasa gas yang lebih besar — ​​mungkin berada terlalu jauh dari bintang induknya untuk ditelan, sementara yang lain mungkin terdorong ke luar saat bintangnya mengepul. (Para astronom juga telah melihat bukti bahwa beberapa planet memang ada tidak seberuntung itu dalam bentuk katai putih yang tercemar, yang kaya akan unsur-unsur yang terkait dengan planet, seperti magnesium dan besi.) Pengamatan berkelanjutan yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) diperkirakan akan menemukan lusinan planet ekstrasurya yang mengorbit katai putih.

Meskipun kelihatannya tidak biasa, sistem planet ini masih bisa dihuni, kata Limbach, yang memimpin beberapa pengamatan katai putih JWST. “Ada tempat di sekitar katai putih di mana Anda bisa mendapatkan air cair” di permukaan planet, katanya. Namun “ini adalah lingkungan yang sangat menantang.”

Lebih banyak pengamatan terhadap tata surya yang berevolusi, dan lebih banyak model seperti yang dilakukan Kane, dapat memberikan wawasan yang lebih luas tentang nasib tata surya kita. Untuk saat ini, kematian planet kita hanyalah sebuah lemparan dadu yang masih jauh dari kepastian. Manusia mungkin sudah lama hilang dari permukaan bumi, namun siapa pun yang melirik ke arah kita 5 miliar tahun dari sekarang mungkin akan melihat planet kita kehabisan napas akibat sinar matahari – atau, mungkin, menghilang dalam sekejap cahaya.

Quanta sedang melakukan serangkaian survei untuk melayani audiens kami dengan lebih baik. Ambil milik kami survei pembaca fisika dan anda akan diikut sertakan untuk menang secara gratis Quanta dagangan.