Para astronom telah lama menduga bahwa massa planet dan kecepatan rotasinya ada kaitannya. Di tata surya kita, Jupiter dan Saturnus memberikan contoh yang mencolok. Meskipun ukurannya sangat besar, keduanya menyelesaikan satu rotasi penuh dalam waktu sekitar 10 jam dan menyumbang sebagian besar energi rotasi total tata surya.
Untuk menguji apakah hubungan ini melampaui lingkungan kosmik kita, para peneliti menggunakan Observatorium WM Keck di Maunakea, Hawaii, untuk mempelajari sampel besar dunia raksasa yang jauh. Studi mereka mencakup 32 planet gas raksasa dan katai coklat di sistem bintang lain, termasuk 6 planet yang lebih besar dari Jupiter dan 25 katai coklat.
Pengamatan mengungkapkan tren yang menarik. Jika faktor-faktor seperti massa, ukuran, dan usia diperhitungkan, planet gas raksasa cenderung berputar lebih cepat dibandingkan katai coklat yang lebih masif. Untuk memperkuat analisis mereka, para peneliti juga mengintegrasikan pengukuran putaran sebelumnya dari penelitian lain, menciptakan kumpulan data yang dikurasi dengan cermat termasuk 43 bintang/subbintang dan planet raksasa, serta 54 katai coklat yang mengambang bebas dan objek bermassa planet.
Tim internasional dipimpin oleh ilmuwan dari Pusat Eksplorasi dan Penelitian Interdisipliner Astrofisika (CIERA) di Northwestern University. Kolaborator termasuk peneliti dari Pusat Astrofisika dan Ilmu Luar Angkasa (CASS) UC San Diego, Divisi Ilmu Geologi dan Planet (GPS) Caltech, Observatorium WM Keck, Observatorium Steward, Sekolah Tinggi Ilmu Optik James C. Wyant, Laboratorium Propulsi Jet NASA, dan beberapa institusi lainnya. Temuan mereka dipublikasikan di Jurnal astronomi.
Mengukur rotasi dunia yang jauh
Banyak planet yang diteliti mengorbit bintangnya pada jarak puluhan hingga ratusan unit astronomi (AU), yaitu jarak antara Bumi dan Matahari. Para ilmuwan masih mencoba untuk menentukan bagaimana dunia yang jauh ini terbentuk. Beberapa mungkin muncul secara bertahap dalam cakram gas dan debu yang mengelilingi bintang-bintang muda, sementara yang lain mungkin terbentuk dalam proses yang lebih mirip dengan keruntuhan yang menciptakan bintang-bintang itu sendiri.
Untuk menyelidikinya, para peneliti menggunakan Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), sebuah instrumen khusus yang mampu mengisolasi cahaya yang datang langsung dari dunia yang jauh tersebut. Saat sebuah planet berputar, karakteristik atmosfernya menyebabkan spektrumnya sedikit melebar. Dengan mengukur perubahan tersebut, para astronom dapat mengetahui seberapa cepat objek tersebut berputar.
Penulis utama Dino Chih-Chun Hsu, seorang peneliti di CIERA, menjelaskan pentingnya pengukuran ini dalam siaran pers dari WM Keck Observatory:
“Perputaran adalah rekaman fosil pembentukan planet. Dengan mengukur kecepatan rotasi dunia-dunia ini, kita dapat mulai mengumpulkan proses fisik yang membentuknya puluhan hingga ratusan juta tahun yang lalu. Dengan KPIC, kita dapat mendeteksi sinyal-sinyal kecil yang mengungkap rotasi planet di sekitar bintang-bintang terdekat lainnya. Hasil kami menunjukkan bahwa massa planet dan rasio massa planet terhadap massa bintangnya memengaruhi kecepatan rotasi planet. Hal ini membantu kami menyempurnakan fisika tentang bagaimana sistem ini terbentuk.
Sebuah planet raksasa menyusul tetangganya yang jauh lebih besar
Salah satu contoh paling jelas datang dari sistem HR 8799. Di sana, raksasa gas yang bermassa sekitar 7 kali Jupiter berputar enam kali lebih cepat dibandingkan katai coklat yang bermassa sekitar 24 kali Jupiter.
Para peneliti berpendapat perbedaan tersebut mungkin terkait dengan interaksi magnetik pada awal sejarah benda-benda tersebut. Medan magnet yang lebih kuat dapat berinteraksi lebih intens dengan piringan keliling planet di sekitarnya, sehingga memperlambat rotasi seiring waktu. Dalam hal ini, katai coklat yang lebih masif kemungkinan besar kehilangan lebih banyak rotasi aslinya karena medan magnetnya yang lebih kuat.
Hasilnya membantu para ilmuwan lebih memahami tidak hanya sistem planet yang jauh, tetapi juga asal usul tata surya kita. Hsu berkata:
“Bagaimana momentum sudut didistribusikan di antara planet-planet mempengaruhi keseluruhan arsitektur sistem planet. Bahkan rotasi bumi dan medan magnet pada akhirnya terkait dengan bagaimana putaran putaran ini dibagi selama pembentukan tata surya. KPIC adalah instrumen pertama dari jenisnya, yang membuka cara baru untuk mempelajari planet ekstrasurya. Alat ini memungkinkan kita mengukur sifat-sifat seperti putaran yang sebelumnya hampir mustahil untuk dideteksi.”
Studi masa depan tentang planet jahat dan atmosfer planet ekstrasurya
Tim berencana untuk memperluas pekerjaan ini dengan mempelajari rotasi planet yang mengambang bebas (FFP), yang sering disebut “planet jahat”. Para peneliti juga berharap dapat mempelajari komposisi kimiawi atmosfer dunia ini.
Pengamatan di masa depan akan mendapat manfaat dari teknologi baru, termasuk HISPEC (Spektrograf Inframerah Resolusi Tinggi untuk Karakterisasi Exoplanet) milik Observatorium Keck yang akan mulai beroperasi pada tahun 2027. Menurut Hsu, instrumen baru ini akan memungkinkan untuk mempelajari dunia yang lebih kecil dan lebih jauh dibandingkan sebelumnya.
Jason Wang, asisten profesor di Northwestern University dan salah satu penulis penelitian ini, mengatakan:
“Kami telah mengambil pelajaran dari KPIC dan mengintegrasikannya ke dalam HISPEC, yang akan memiliki sensitivitas yang lebih baik, resolusi spektral yang lebih tinggi, dan cakupan panjang gelombang yang lebih luas. Dengan HISPEC, kami akan dapat secara signifikan meningkatkan jumlah planet yang putarannya dapat kami ukur, dan khususnya, kami akan dapat mempelajari planet-planet yang letaknya lebih dekat dengan Jupiter kita untuk mengetahui apakah Jupiter kita termasuk tipikal.”
Para peneliti yakin mereka baru mulai menemukan apa yang bisa diungkapkan oleh rotasi planet.
“Kami baru saja mulai mengeksplorasi apa yang dapat diketahui dari rotasi planet,” kata Hsu. “Dengan instrumen masa depan dan teleskop yang lebih besar, kita akan dapat mengukur putaran lebih banyak dunia dan menghubungkan sejarah rotasi, kimia, dan pembentukan di seluruh sistem planet.”
