Para peneliti telah mengembangkan model baru untuk pembentukan planet yang menunjukkan bagaimana gangguan pada cakram protoplanet dapat dengan cepat membentuk planet gas raksasa. Proses ini lebih efisien daripada yang diperkirakan sebelumnya dan sejalan dengan pengamatan terbaru terhadap planet gas raksasa yang jauh.

Lingkungan kosmik terdekat kita adalah tata surya kita. Kita mengenalnya dengan baik: Matahari di pusatnya; kemudian planet berbatu Merkurius, DewiBumi, dan Mars; dan kemudian sabuk asteroid; diikuti oleh raksasa gas Jupiter Dan Saturn; lalu raksasa es Uranus Dan Neptunus; dan terakhir sabuk Kuiper beserta kometnya.

Namun, seberapa baik kita mengenal rumah kita? Teori-teori sebelumnya berasumsi bahwa planet-planet raksasa terbentuk oleh tabrakan dan akumulasi benda-benda angkasa seperti asteroid, yang disebut planetesimal, dan penumpukan gas berikutnya selama jutaan tahun. Akan tetapi, model-model ini tidak menjelaskan keberadaan planet-planet gas raksasa yang terletak jauh dari bintang-bintangnya maupun pembentukan Uranus dan Neptunus.

Model Pembentukan Planet yang Inovatif

Para ahli astrofisika dari Universitas Ludwig Maximilian Munich (LMU), gugus ORIGINS, dan Institut Max Planck untuk Penelitian Tata Surya (MPS) telah mengembangkan model pertama yang menggabungkan semua proses fisik yang diperlukan yang berperan dalam pembentukan planet. Dengan menggunakan model ini, mereka telah menunjukkan bahwa gangguan annular dalam cakram protoplanet, yang disebut substruktur, dapat memicu pembentukan cepat beberapa raksasa gas. Hasil penelitian ini sesuai dengan pengamatan terbaru dan menunjukkan bahwa pembentukan planet raksasa dapat terjadi lebih efisien dan cepat daripada yang diperkirakan sebelumnya.

“Ketika sebuah planet menjadi cukup besar untuk memengaruhi cakram gas, hal ini menyebabkan pengayaan debu baru yang lebih jauh di dalam cakram. Dalam proses tersebut, planet tersebut mendorong debu – seperti anjing gembala yang mengejar kawanannya – ke area di luar orbitnya sendiri.”
— Prof. Ke Birnstiel

Akumulasi Debu Dinamis dan Pertumbuhan Planet

Dengan model mereka, para peneliti menunjukkan bagaimana partikel debu berukuran milimeter terakumulasi secara aerodinamis dalam cakram gas yang bergejolak, dan bagaimana gangguan awal dalam cakram ini memerangkap debu dan mencegahnya menghilang ke arah bintang. Akumulasi ini membuat pertumbuhan planet menjadi sangat efisien, karena tiba-tiba banyak “bahan bangunan” tersedia dalam area yang padat dan kondisi yang tepat untuk pembentukan planet pun tersedia.

“Ketika sebuah planet menjadi cukup besar untuk memengaruhi cakram gas, hal ini menyebabkan pengayaan debu baru yang lebih jauh di dalam cakram,” jelas Til Birnstiel, Profesor Astrofisika Teoretis di LMU dan anggota ORIGINS Cluster of Excellence. “Dalam prosesnya, planet tersebut mendorong debu – seperti anjing gembala yang mengejar kawanannya – ke area di luar orbitnya sendiri.” Proses tersebut dimulai lagi, dari dalam ke luar, dan planet raksasa lainnya dapat terbentuk. “Ini adalah pertama kalinya simulasi melacak proses di mana debu halus tumbuh menjadi planet raksasa,” kata Tommy Chi Ho Lau, penulis utama studi dan kandidat doktoral di LMU.

Implikasi bagi Pembentukan Raksasa Gas

Dalam tata surya kita, raksasa gas terletak pada jarak sekitar 5 satuan astronomi (au) (Jupiter) hingga 30 au (Neptunus) dari Matahari. Sebagai perbandingan, Bumi berjarak sekitar 150 juta kilometer dari Matahari, yang setara dengan 1 au.

Studi ini menunjukkan bahwa di sistem planet lain, gangguan dapat memicu proses tersebut pada jarak yang jauh lebih jauh dan masih terjadi dengan sangat cepat. Sistem seperti itu telah sering diamati dalam beberapa tahun terakhir oleh ALMA observatorium radio, yang telah menemukan gas raksasa di cakram muda pada jarak lebih dari 200 au. Namun, model tersebut juga menjelaskan mengapa tata surya kita tampaknya berhenti membentuk planet tambahan setelah Neptunus: bahan penyusunnya habis begitu saja.

Hasil penelitian ini sesuai dengan pengamatan terkini terhadap sistem planet muda yang memiliki substruktur yang menonjol di cakramnya. Substruktur ini memainkan peran yang menentukan dalam pembentukan planet. Penelitian ini menunjukkan bahwa pembentukan planet raksasa dan planet gas raksasa berlangsung dengan efisiensi dan kecepatan yang lebih tinggi daripada yang diasumsikan sebelumnya. Wawasan baru ini dapat menyempurnakan pemahaman kita tentang asal-usul dan perkembangan planet raksasa di tata surya kita serta menjelaskan keragaman sistem planet yang diamati.

Referensi: “Pembentukan planet raksasa berurutan yang diprakarsai oleh substruktur cakram” oleh Tommy Chi Ho Lau, Til Birnstiel, Joanna Drążkowska dan Sebastian Markus Stammler, 31 Juli 2024, Astronomi & Astrofisika.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1051/0004-6361/202450464