Lingkungan Terbaik untuk Memulai Kehidupan di Galaksi | Majalah Kuanta

Untuk menampung kehidupan, setidaknya seperti yang kita ketahui, sebuah planet harus mengorbit bintang yang relatif tenang dan stabil. Orbit planet juga harus hampir berbentuk lingkaran agar planet mengalami kehangatan serupa sepanjang tahun. Dan suhunya tidak boleh terlalu panas, jangan sampai air di permukaan mendidih; tidak terlalu dingin, jangan sampai air tetap terkunci di dalam es; tapi tepat, agar sungai dan laut tetap cair.

Karakteristik ini menentukan “zona layak huni” di sekitar bintang – tempat yang menarik untuk dijadikan target dalam pencarian exoplanet yang ramah kehidupan. Namun para ilmuwan semakin melakukan pengamatan serupa terhadap seluruh galaksi. Sama seperti benua dengan biosfer yang berbeda yang menjadi tuan rumah bagi flora dan fauna yang berbeda, wilayah galaksi yang berbeda juga dapat menampung populasi bintang dan planet yang berbeda pula. Sejarah Bima Sakti yang penuh gejolak berarti bahwa tidak semua sudut galaksi itu sama, dan hanya wilayah galaksi tertentu yang mungkin cocok untuk dijadikan planet yang kita pikir bisa dihuni.

Ketika para ilmuwan planet ekstrasurya menyempurnakan gagasan mereka tentang di mana mencari kehidupan di luar tata surya, mereka kini mempertimbangkan asal usul sebuah bintang dan lingkungannya, kata Jesper Nielsen, seorang astronom di Universitas Kopenhagen. Simulasi baru, bersama dengan pengamatan dari satelit yang memburu planet dan memantau jutaan bintang, memberikan gambaran tentang bagaimana lingkungan galaksi yang berbeda – dan bahkan mungkin galaksi yang berbeda – membentuk planet secara berbeda.

“Hal ini, pada gilirannya, dapat membantu kita lebih memahami ke mana harus mengarahkan teleskop kita,” kata Nielsen.

Geografi Galaksi

Hari ini, Bima Sakti mempunyai struktur yang rumit. Lubang hitam supermasif di pusatnya dikelilingi oleh “tonjolan”, yaitu massa bintang tebal yang berisi beberapa warga paling senior di galaksi. Tonjolan tersebut terbungkus oleh “cakram tipis”, struktur yang dapat Anda lihat berkelok-kelok di atas kepala pada malam yang cerah dan gelap. Sebagian besar bintang, termasuk matahari, ditemukan di lengan spiral piringan tipis, yang diapit oleh “cakram tebal” yang lebih luas dan berisi bintang-bintang yang lebih tua. Dan lingkaran cahaya materi gelap, gas panas, dan beberapa bintang yang sebagian besar berbentuk bola menyelimuti seluruh arsitektur.

Setidaknya selama dua dekade, para ilmuwan bertanya-tanya apakah kondisi layak huni bervariasi di antara bangunan-bangunan tersebut. Studi pertama mengenai kelayakhunian galaksi dimulai pada tahun 2004, ketika ilmuwan Australia Charles Lineweaver, Yeshe Fenner dan Brad Gibson mencontohkan sejarah dari Bima Sakti dan menggunakannya untuk mempelajari di mana zona layak huni dapat ditemukan. Mereka ingin mengetahui bintang induk mana yang memiliki unsur berat (seperti karbon dan besi) yang cukup untuk membentuk planet berbatu, bintang mana yang telah ada cukup lama untuk berevolusi, dan bintang mana (dan planet mana pun yang mengorbit) yang aman dari supernova tetangga. Mereka akhirnya mendefinisikan “zona layak huni galaksi”, yaitu wilayah berbentuk donat dengan lubang yang berpusat di pusat galaksi. Batas dalam wilayah ini dimulai sekitar 22,000 tahun cahaya dari pusat galaksi, dan batas luarnya berakhir sekitar 29,000 tahun cahaya.

Dalam dua dekade sejak itu, para astronom telah mencoba untuk secara lebih tepat mendefinisikan variabel-variabel yang mengendalikan evolusi bintang dan planet di dalam galaksi, kata Kevin Schlaufman, seorang astronom di Universitas Johns Hopkins. Misalnya saja, katanya, planet-planet dilahirkan dalam piringan berdebu yang mengelilingi bintang-bintang yang baru lahir, dan sederhananya, jika “piringan protoplanet memiliki banyak bahan yang dapat membentuk batuan, maka akan tercipta lebih banyak planet.”

Beberapa wilayah di galaksi mungkin memiliki lebih banyak kandungan bahan-bahan pembentuk planet dibandingkan wilayah lain, dan para ilmuwan kini berupaya memahami seberapa besar pengaruh lingkungan galaksi terhadap planet tempat mereka tinggal.

Inilah Exoplanet

Di antara sekitar 4,000 eksoplanet yang diketahui, sejauh ini hanya ada sedikit peraturan yang mengatur jenis planet mana yang dapat dihuni; tidak ada sistem bintang terlihat seperti milik kita, dan kebanyakan dari mereka bahkan tidak melakukannya terlihat sangat mirip satu sama lain.

Nielsen dan rekan-rekannya ingin mengetahui apakah planet-planet mungkin terbentuk secara berbeda di piringan tebal, piringan tipis, dan lingkaran cahaya Bima Sakti. Secara umum, bintang dengan cakram tipis mengandung lebih banyak unsur berat dibandingkan bintang dengan cakram tebal, artinya bintang tersebut tumbuh dari awan yang mungkin juga mengandung lebih banyak bahan pembentuk planet. Dengan menggunakan data dari satelit Gaia yang merupakan pelacak bintang milik Badan Antariksa Eropa, Nielsen dan rekan-rekannya pertama kali memisahkan bintang-bintang berdasarkan kelimpahan unsur-unsur tertentu. Kemudian mereka melakukan simulasi pembentukan planet di antara populasi tersebut.

Simulasi mereka, yang mereka terbitkan pada bulan Oktober, menunjukkan bahwa planet-planet raksasa gas dan Bumi super – jenis planet ekstrasurya yang paling umum – tumbuh lebih banyak di piringan tipis, mungkin karena (seperti yang diharapkan) bintang-bintang tersebut memiliki lebih banyak bahan bangunan untuk dikerjakan. Mereka juga menemukan bahwa bintang-bintang yang lebih muda dengan unsur-unsur yang lebih berat cenderung menampung lebih banyak planet secara umum, dan bahwa planet-planet raksasa lebih banyak ditemukan dibandingkan planet-planet yang lebih kecil. Sebaliknya, gas raksasa hampir tidak ada di piringan tebal dan halo.

Schlaufman, yang tidak terlibat dalam pekerjaan tersebut, mengatakan bahwa hasilnya masuk akal. Komposisi debu dan gas tempat lahirnya bintang sangat penting untuk menentukan apakah bintang akan membentuk planet. Meskipun komposisi tersebut mungkin berbeda-beda tergantung lokasinya, ia berargumentasi bahwa meskipun lokasi dapat menjadi landasan bagi pembentukan dunia sebuah bintang, namun hal tersebut mungkin tidak menentukan hasil akhirnya.

Simulasi Nielsen bersifat teoretis, namun beberapa pengamatan terbaru mendukung temuannya.

Pada bulan Juni, sebuah penelitian yang menggunakan data dari teleskop luar angkasa Kepler milik NASA yang memburu planet menemukan bahwa bintang-bintang di piringan tipis Bima Sakti memiliki lebih banyak planet, terutama dunia super-Bumi dan sub-Neptunus, dibandingkan bintang-bintang di piringan tebal. Satu penjelasan, kata Jessie Christiansen, seorang ilmuwan planet ekstrasurya di California Institute of Technology dan salah satu penulis studi tersebut, berpendapat bahwa bintang-bintang tua dengan cakram tebal mungkin lahir ketika bahan-bahan pembuat planet masih sedikit, sebelum generasi-generasi bintang yang sekarat menyemai kosmos dengan bangunan tersebut. blok dunia. Atau mungkin bintang-bintang dengan cakram tebal lahir di lingkungan padat dengan radiasi tinggi di mana turbulensi mencegah planet-planet kecil untuk menyatu sama sekali.

Kehidupan planet mungkin akan lebih baik di wilayah terbuka, seperti pinggiran kota, dibandingkan di wilayah “perkotaan” yang padat penduduknya, kata Christiansen. Matahari kita berada di salah satu zona pinggiran kota yang jarang penduduknya.

Bumi lainnya

Survei Christiansen dan simulasi Nielsen merupakan survei pertama yang mempelajari keberadaan planet sebagai fungsi lingkungan galaksi; Vedant Chandra, seorang astronom di Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian, sedang bersiap untuk melangkah lebih jauh dan mempelajari apakah pembentukan planet mungkin berbeda di beberapa galaksi yang dikonsumsi Bima Sakti seiring pertumbuhannya. Di masa depan, Nielsen berharap bahwa survei dan instrumen yang disempurnakan seperti Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik NASA yang akan datang akan membantu kita memahami pembentukan planet dengan cara yang sama seperti para ahli demografi memahami populasi. Bisakah kita memprediksi jenis bintang apa yang akan menampung jenis planet tertentu? Apakah Bumi lebih mungkin terbentuk di lingkungan tertentu? Dan jika kita tahu ke mana mencarinya, akankah kita menemukan sesuatu yang melihat kembali ke arah kita?

Kita tahu bahwa kita hidup di zona layak huni, di dunia yang mengorbit bintang tenang. Namun bagaimana kehidupan dimulai di Bumi, kapan dan mengapa, merupakan pertanyaan terbesar dalam bidang sains apa pun. Mungkin para ilmuwan juga harus memikirkan tentang asal usul bintang kita, dan bahkan kisah nenek moyang bintang yang membentuk sudut Bima Sakti kita, miliaran tahun yang lalu.

“Apakah kehidupan di Bumi tidak bisa dihindari? Apakah itu istimewa?” tanya Chandra. “Hanya ketika Anda mulai memiliki gambaran global… Anda dapat mulai menjawab pertanyaan-pertanyaan seperti itu.”