Sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu, Matahari muda dikelilingi oleh piringan gas dan debu yang sangat besar. Seiring waktu, butiran-butiran kecil debu bertabrakan dan saling menempel, akhirnya membentuk benda-benda batuan yang lebih besar yang disebut planetesimal, bahan penyusun planet dan asteroid. Namun para ilmuwan yakin proses ini jauh dari sederhana. Wilayah berbeda di tata surya awal kemungkinan besar berevolusi dalam kondisi yang sangat berbeda, dan beberapa tahap pembentukan planet mungkin terjadi pada waktu yang bersamaan.
Kini, para peneliti di Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) di Jerman mengatakan mereka telah mengidentifikasi salah satu kawasan pembentuk planet terpenting di tata surya. Menurut sebuah studi baru yang diterbitkan di Jurnal Astrofisikaarea berbentuk cincin yang terletak tepat di luar orbit Jupiter, berfungsi sebagai “tempat berkembang biak” yang efisien dan sangat serbaguna bagi planetesimal.
Dengan menggunakan simulasi komputer, tim menemukan bahwa wilayah ini telah menghasilkan planetesimal dengan komposisi yang sangat berbeda selama sekitar dua juta tahun.
“Berbagai jenis planetesimal tampaknya terbentuk di wilayah yang sama dengan piringan debu dan gas pertama, tetapi pada waktu yang berbeda. Wilayah di luar orbit Jupiter memberikan kondisi yang sangat baik untuk hal ini,” kata Joanna Drążkowska, kepala kelompok Lise Meitner yang mempelajari pembentukan planet.
Bagaimana Jupiter Menciptakan Perangkap Debu Kosmik
Studi ini berfokus pada periode antara dua hingga empat juta tahun setelah pembentukan tata surya. Pada saat itu, Jupiter telah mengumpulkan sebagian besar materi di dekatnya di sekitar orbitnya, sehingga menciptakan celah pada piringan gas dan debu di sekitarnya.
Para ilmuwan yakin proses ini juga menciptakan cincin dengan tekanan gas yang lebih tinggi tepat di luar Jupiter. Tekanan ini memerangkap sejumlah besar debu, sehingga memungkinkan gumpalan kecil yang disebut kerikil menumpuk. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa “perangkap debu” semacam itu dapat membantu planetesimal terbentuk dengan cepat pada tahap awal tata surya.
Masih harus dilihat apakah perangkap debu ini dapat terus menghasilkan tipe tubuh yang sangat berbeda dalam jangka waktu yang lama. Simulasi baru menunjukkan hal itu mungkin terjadi.
Para peneliti menunjukkan bahwa berbagai populasi planetesimal mungkin terbentuk di wilayah yang sama selama jutaan tahun. Temuan mereka juga menghubungkan objek simulasi ini dengan kelompok meteorit yang diketahui ditemukan di Bumi.
“Untuk pertama kalinya, kami berhasil mereproduksi secara akurat hasil studi laboratorium tentang meteorit menggunakan simulasi komputer awal tata surya. Bisa dikatakan, meteorit berfungsi sebagai batu ujian bagi teori pembentukan planet,” kata direktur MPS dan ahli kosmokimia Thorsten Kleine.
Meteorit menyimpan petunjuk masa lalu tata surya
Meteorit adalah pecahan batuan luar angkasa yang bertahan dalam perjalanannya melalui atmosfer bumi dan mendarat di permukaan planet. Banyak dari mereka dianggap sebagai bagian dari planetesimal kuno yang tidak banyak berubah sejak awal tata surya.
Para peneliti secara khusus berfokus pada kondrit berkarbon, sejenis meteorit kaya karbon. Studi laboratorium menunjukkan bahwa meteorit ini terbentuk di luar Jupiter dalam periode waktu yang sama seperti yang dieksplorasi dalam simulasi.
Para ilmuwan membagi kondrit berkarbon menjadi enam kelompok berdasarkan usia dan komposisinya. Beberapa diantaranya rapuh dan sebagian besar terbuat dari bahan berbutir halus, sementara yang lain lebih padat dan mengandung inklusi yang terlihat tertanam dalam bahan yang lebih halus.
Dalam simulasi baru, kedua komponen ini berhubungan dengan dua jenis materi yang diperkirakan ada di awal tata surya. Yang satu terbuat dari bahan yang rapuh dan berdebu, sedangkan yang lainnya terbuat dari gumpalan padat yang terbentuk lebih awal di daerah hangat sebelum menyebar ke seluruh piringan.
“Untuk simulasi kami, sangat penting untuk memodelkan perilaku dan interaksi kedua materi dalam skala kecil dan besar,” kata Nerea Gurrutxaga, mahasiswa doktoral di MPS dan penulis pertama makalah tersebut.
Simulasi mengungkap beberapa generasi batuan luar angkasa
Model tim ini melacak tabrakan partikel mikroskopis dan pergerakan skala besar di piringan gas yang sangat besar. Partikel-partikel tersebut bisa saja pecah, saling menempel, melayang menuju Matahari, atau terperangkap di wilayah tertentu.
Simulasi menunjukkan bahwa Jupiter bertindak sebagai penghalang yang lebih kuat terhadap partikel yang lebih besar dan lebih keras dibandingkan butiran debu yang lebih kecil. Pada saat yang sama, pembentukan planetesimal baru secara bertahap menghabiskan sebagian materi yang tersedia.
Selama jutaan tahun, efek gabungan ini menyebabkan kedua jenis material tersebut berkumpul dalam proporsi berbeda di luar orbit Jupiter. Pergeseran keseimbangan ini pada akhirnya mengarah pada pembentukan generasi planetesimal yang jelas berbeda.
Selama 500.000 tahun pertama, jumlah material gembur menurun sebelum meningkat lagi pada jutaan tahun berikutnya. Belakangan, muncul dua populasi planetesimal yang berbeda, yang satu sebagian besar terdiri dari material rapuh dan yang lainnya didominasi oleh materi yang lebih stabil.
Berdasarkan temuan mereka, para peneliti menduga bahwa jenis meteorit lain, selain kondrit berkarbon, mungkin juga terbentuk dalam perangkap debu yang sama pada tahap awal sejarah tata surya.
“Ada bukti kuat bahwa perangkap debu adalah tempat kelahiran planetesimal di tata surya kita,” kata Joanna Drążkowska.
