Ilmuwan Warga Menemukan Planet Mirip Jupiter di Data TESS NASA

Tom Jacobs dari Bellevue, Washington, menyukai perburuan harta karun. Sejak 2010, mantan perwira angkatan laut AS telah berpartisipasi dalam proyek sukarelawan online yang memungkinkan siapa saja yang tertarik — “ilmuwan warga” — untuk melihat melalui data teleskop NASA untuk mencari tanda-tanda planet ekstrasurya, planet di luar tata surya kita.

Sekarang, Jacobs telah membantu menemukan planet gas raksasa sekitar 379 tahun cahaya dari Bumi, yang mengorbit bintang dengan massa yang sama dengan Matahari. Planet seukuran Jupiter ini istimewa bagi para astronom karena 261 hari dalam setahun lebih panjang dibandingkan dengan banyak raksasa gas yang dikenal di luar tata surya kita. Hasilnya juga menunjukkan bahwa planet ini hanya sedikit lebih jauh dari bintangnya daripada Venus dari Matahari. Temuan itu adalah diterbitkan dalam Jurnal Astronomi dan dipresentasikan pada acara pers virtual American Astronomical Society pada 13 Januari.

Mengungkap planet ini dan menentukan ukuran dan massanya membutuhkan kolaborasi besar antara astronom profesional dan ilmuwan warga seperti Jacobs. Untuk melacak planet ini, mereka terlibat dalam “upaya penyatuan global, karena kita semua harus mengejarnya bersama-sama untuk mengawasi planet khusus ini,” kata Paul Dalba, astronom di University of California, Riverside, dan penulis utama belajar.

“Menemukan dan menerbitkan TOI-2180 b adalah upaya kelompok besar yang menunjukkan bahwa astronom profesional dan ilmuwan warga berpengalaman dapat berhasil bekerja sama,” kata Jacobs. “Ini adalah sinergi yang terbaik.”

Bagaimana penemuan itu terjadi

Tanda tangan untuk planet yang baru ditemukan bersembunyi di data dari Satelit Survei Transit Exoplanet NASA, atau TES. Menggunakan data TESS, para ilmuwan mencari perubahan kecerahan bintang terdekat, yang dapat menunjukkan keberadaan planet yang mengorbit.

Jacobs adalah bagian dari sekelompok ilmuwan warga yang melihat plot data TESS, menunjukkan perubahan kecerahan bintang dari waktu ke waktu, untuk mencari planet baru. Sementara astronom profesional menggunakan algoritme untuk memindai puluhan ribu titik data dari bintang secara otomatis, ilmuwan warga ini menggunakan program yang disebut LcTools, yang dibuat oleh Alan R. Schmitt, untuk memeriksa data teleskop dengan mata. Itu sebabnya kelompok Jacobs, yang mencakup beberapa ilmuwan warga dan dua astronom veteran, menyebut diri mereka Kelompok Survei Visual. Banyak dari mereka bertemu saat bekerja di Planet Hunters, proyek sains warga yang didanai NASA melalui Zooniverse yang berfokus pada data dari pesawat ruang angkasa Kepler NASA.

Tom Jacobs, seorang ilmuwan warga yang bekerja sama dengan ilmuwan profesional untuk mencari planet ekstrasurya, di Situs Observatorium Ketinggian Haleakalā di Hawaii.
Kredit: Tom Jacobs

Pada 1 Februari 2020, Jacobs kebetulan melihat plot yang menunjukkan cahaya bintang dari TOI-2180 redup kurang dari setengah persen dan kemudian kembali ke tingkat kecerahan sebelumnya selama periode 24 jam, yang mungkin dijelaskan oleh planet yang mengorbit yaitu dikatakan “transit” saat lewat di depan bintang dari sudut pandang kita. Dengan mengukur jumlah cahaya yang redup saat planet lewat, para ilmuwan dapat memperkirakan seberapa besar planet itu dan, dalam kombinasi dengan pengukuran lain, kerapatannya. Tetapi transit hanya dapat dilihat jika sebuah bintang dan planetnya berbaris dengan teleskop untuk mencarinya.

Grafik yang menunjukkan cahaya bintang dari waktu ke waktu disebut “kurva cahaya”. Visual Survey Group memperingatkan dua kolaborator ilmuwan profesional – Paul Dalba di University of California, Riverside, dan Diana Dragomir, asisten profesor di University of New Mexico, bahwa kurva cahaya ini berpotensi menarik.

“Dengan penemuan baru ini, kami juga mendorong batas jenis planet yang dapat kami ekstrak dari pengamatan TESS,” kata Dragomir. “TESS tidak secara khusus dirancang untuk menemukan planet ekstrasurya yang mengorbit jauh seperti itu, tetapi tim kami, dengan bantuan ilmuwan warga, tetap menggali permata langka ini.”

Algoritma komputer yang digunakan oleh astronom profesional dirancang untuk mencari planet dengan mengidentifikasi beberapa peristiwa transit dari satu bintang. Itulah mengapa inspeksi visual ilmuwan warga sangat berguna ketika hanya ada satu transit yang tersedia. Karena ini adalah satu-satunya contoh peredupan bintang TOI-2180 b dalam kumpulan data ini, ini disebut “peristiwa transit tunggal”.

“Upaya manual yang mereka lakukan sangat penting dan sangat mengesankan, karena sebenarnya sulit untuk menulis kode yang dapat melewati jutaan kurva cahaya dan mengidentifikasi peristiwa transit tunggal dengan andal,” kata Dalba. “Ini adalah salah satu area di mana manusia masih mengalahkan kode.”

Tapi bagaimana tim bisa mengesampingkan penjelasan lain untuk penurunan singkat cahaya bintang? Mungkinkah mereka yakin telah menemukan sebuah planet? Mereka akan membutuhkan pengamatan lanjutan.

Untungnya, Dalba dapat merekrut Teleskop Pencari Planet Otomatis di Lick Observatory di California. “Saya menggunakan teleskop itu untuk mengukur goyangan bintang untuk kemudian menentukan seberapa masif planet ini, apakah itu sebuah planet,” katanya. Tim peneliti juga menggunakan teleskop Keck I di WM Keck Observatory di Hawaii untuk melakukan beberapa pengukuran ini ketika Lick Observatory terancam oleh kebakaran hutan.

Dengan 27 jam pengamatan yang tersebar selama lebih dari 500 hari, Dalba dan rekan mengamati tarikan gravitasi planet pada bintang, yang memungkinkan mereka menghitung massa planet dan memperkirakan berbagai kemungkinan orbitnya. Namun, mereka ingin mengamati transit planet ketika kembali untuk memastikan orbitnya. Sayangnya, menemukan peristiwa transit kedua akan sulit karena ada begitu banyak ketidakpastian tentang kapan planet ini akan melintasi wajah bintangnya lagi.

Dalba melanjutkan, dan mengorganisir kampanye pengamatan termasuk astronom profesional dan ilmuwan warga menggunakan teleskop di 14 situs di tiga benua pada Agustus 2020. Untuk mendukung kampanye tersebut, Dalba berkemah selama lima malam di Taman Nasional Joshua Tree California dan mencari transit dengan dua teleskop amatir portabel. Upaya kolaboratif menghasilkan 55 set data selama 11 hari.

Pada akhirnya, tidak satu pun dari teleskop ini yang mendeteksi planet ini dengan percaya diri. Namun, kurangnya deteksi yang jelas dalam periode waktu ini menempatkan batas pada berapa lama orbitnya, menunjukkan periode sekitar 261 hari. Dengan menggunakan perkiraan itu, mereka memprediksi TESS akan melihat planet transit bintangnya lagi pada Februari 2022.

Tentang planet

TOI-2180 b hampir tiga kali lebih besar dari Jupiter tetapi memiliki diameter yang sama, yang berarti lebih padat dari Jupiter. Ini membuat para ilmuwan bertanya-tanya apakah itu terbentuk dengan cara yang berbeda dari Jupiter.

Petunjuk lain tentang pembentukan planet bisa jadi adalah apa yang ada di dalamnya. Melalui model komputer mereka menentukan bahwa planet baru mungkin memiliki sebanyak 105 massa Bumi elemen yang lebih berat daripada hidrogen dan helium. “Itu banyak,” kata Dalba. “Itu lebih dari apa yang kami duga ada di dalam Jupiter.”

Para astronom masih harus banyak belajar tentang kisaran planet yang ada di luar sana. Sekitar 4.800 exoplanet telah dikonfirmasi, tetapi diperkirakan ada miliaran planet di galaksi kita. Temuan baru menunjukkan bahwa di antara planet-planet raksasa, beberapa memiliki lebih banyak elemen berat daripada yang lain.

Di tata surya kita, Jupiter raksasa mengorbit Matahari setiap 12 tahun; untuk Saturnus, “tahun” adalah 29 tahun. Kami tidak memiliki planet raksasa seperti TOI-2180 b antara Bumi dan Matahari. Namun di luar tata surya, para astronom telah menemukan lusinan exoplanet yang bahkan lebih besar dari Jupiter dan mengorbit lebih dekat ke bintangnya, bahkan lebih dekat dari orbit Merkurius.

Dengan suhu rata-rata sekitar 170 derajat Fahrenheit, TOI-2180 b lebih hangat dari suhu kamar di Bumi, dan lebih hangat dari planet luar tata surya kita termasuk Yupiter dan Saturnus. Tetapi dibandingkan dengan susunan exoplanet raksasa yang sedang transit yang ditemukan oleh para astronom yang mengorbit bintang lain, TOI-2180 b sangat dingin secara tidak normal.

“Ini adalah batu loncatan yang bagus di antara sebagian besar eksoplanet raksasa yang kami temukan, dan kemudian Jupiter dan Saturnus yang sangat dingin,” kata Dalba.

Apa berikutnya

Ketika TESS mengamati bintang itu lagi pada bulan Februari, Dalba dan ilmuwan warga sangat ingin mendapatkan data dan menyelam kembali. Jika mereka menemukan tanda tangan planet, mengkonfirmasi periode 261 hari, itu akan memberi lebih banyak makna pada data dari global mereka. kampanye untuk menemukannya pada tahun 2020.

Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA, yang diluncurkan pada 25 Desember, berpotensi mengamati planet ini dan atmosfernya. Tapi ada alasan lain Dalba senang dengan kemampuan Webb. Mengingat bahwa di tata surya kita, Jupiter memiliki cincin dan bulan, Webb dapat digunakan untuk mencari keberadaan benda-benda kecil yang mengorbit TOI-2180 b.

Sejauh ini, tidak ada cincin atau bulan yang ditemukan di luar tata surya kita dengan pasti, tetapi salah satu alasannya adalah karena banyak exoplanet ditemukan sangat dekat dengan bintangnya, yang gravitasinya mungkin melucuti objek-objek tersebut. TOI-2180 b, terletak pada jarak yang lebih jauh dari bintang induknya, mungkin memberikan kesempatan yang menarik untuk pencarian semacam itu. “Saya pikir ini adalah sistem yang menyenangkan untuk nanti di masa depan,” kata Dalba.

Ketika dia tidak mengejar hobi berburu planetnya, Jacobs, ilmuwan warga, bekerja dengan organisasi nirlaba yang membantu penyandang disabilitas menemukan pekerjaan di komunitas mereka.

Anggota Visual Survey Group “mengabdikan berjam-jam setiap hari untuk mensurvei data karena kegembiraan dan minat murni untuk memajukan sains,” kata Jacobs. Secara kolektif, tim telah ikut menulis lebih dari 68 makalah ilmiah yang ditinjau oleh rekan sejawat, termasuk penemuan transit “eksokomet” atau komet di luar tata surya yang melintasi wajah bintang.

“Kami senang berkontribusi pada sains,” kata Jacobs. “Dan saya menyukai jenis survei ini, mengetahui bahwa survei tersebut berada di wilayah baru yang belum ditemukan yang belum pernah dilihat oleh manusia mana pun sebelumnya.”

Lebih Lanjut Tentang Ilmu Warga

NASA memiliki beragam kolaborasi sains warga di berbagai topik mulai dari sains Bumi hingga Matahari hingga alam semesta yang lebih luas. Siapa pun di dunia dapat berpartisipasi. Lihat peluang terbaru di science.nasa.gov/citizenscience.

Tentang TESS

TESS adalah misi NASA Astrophysics Explorer yang dipimpin dan dioperasikan oleh MIT di Cambridge, Massachusetts, dan dikelola oleh Goddard Space Flight Center NASA. Mitra tambahan termasuk Northrop Grumman, yang berbasis di Falls Church, Virginia; Pusat Penelitian Ames NASA di Lembah Silikon California; Pusat Astrofisika | Harvard & Smithsonian di Cambridge, Massachusetts; Laboratorium Lincoln MIT; dan Institut Sains Teleskop Luar Angkasa di Baltimore. Lebih dari selusin universitas, lembaga penelitian, dan observatorium di seluruh dunia menjadi peserta dalam misi tersebut.

Sumber: NASA