Bagaimana Magnetisme Bintang Membentuk Kembali Pandangan Kita tentang Dunia yang Jauh

Dari variasi kecerahan bintang inangnya, an planet ekstrasunyaUkuran dan properti lainnya dapat ditentukan. Untuk menghindari kesalahan, medan magnet bintang sangat menentukan.

700 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Virgo, planet WASP-39b mengorbit bintang WASP-39. Raksasa gas ini, yang membutuhkan waktu kurang dari empat hari untuk menyelesaikan satu orbit, adalah salah satu exoplanet yang paling banyak dipelajari.

Tak lama setelah ditugaskan pada Juli 2022, Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA mengalihkan pandangan presisi tinggi ke planet yang jauh. Data tersebut mengungkapkan bukti adanya sejumlah besar uap air, metana, dan bahkan, untuk pertama kalinya, karbon dioksida di atmosfer WASP-39b. Sebuah sensasi kecil!

Namun masih ada satu hal yang belum terselesaikan: para peneliti belum berhasil mereproduksi semua detail penting dari pengamatan dalam perhitungan model. Hal ini menghalangi analisis data yang lebih tepat. Dalam studi baru yang dipimpin oleh MPS, para penulis, termasuk peneliti dari Massachusetts Institute of Technology (AS), Space Telescope Science Institute (AS), Keele University (Inggris), dan University of Heidelberg (Jerman), menunjukkan cara untuk mengatasi hambatan ini.

Tantangan dalam Menafsirkan Data Exoplanet

“Masalah yang muncul saat menafsirkan data WASP-39b sudah diketahui dari banyak exoplanet lain – terlepas dari apakah data tersebut diamati dengan Kepler, atau tidak. tesJames Webb, atau pesawat luar angkasa PLATO masa depan,” jelas ilmuwan MPS Dr. Nadiia Kostogryz, penulis pertama studi baru ini. “Seperti bintang-bintang lain yang mengorbit eksoplanet, kurva cahaya yang diamati WASP-39 lebih datar daripada yang bisa dijelaskan oleh model sebelumnya,” tambahnya.

Para peneliti mendefinisikan kurva cahaya sebagai pengukuran kecerahan suatu bintang dalam jangka waktu yang lebih lama. Kecerahan suatu bintang berfluktuasi secara konstan, misalnya karena luminositasnya bergantung pada fluktuasi alami. Exoplanet juga bisa meninggalkan jejak pada kurva cahaya. Jika sebuah planet ekstrasurya lewat di depan bintangnya seperti yang terlihat oleh pengamat, cahaya bintangnya akan meredup. Hal ini tercermin dalam kurva cahaya sebagai penurunan kecerahan yang berulang secara berkala. Evaluasi yang tepat terhadap kurva tersebut memberikan informasi tentang ukuran dan periode orbit planet. Peneliti juga dapat memperoleh informasi tentang komposisi atmosfer planet jika cahaya dari bintang dipecah menjadi panjang gelombang atau warna berbeda.

Melihat dari dekat distribusi kecerahan bintang

Bagian tepi sebuah bintang, yaitu tepi piringan bintang, memainkan peran yang menentukan dalam penafsiran kurva cahayanya. Seperti halnya Matahari, bagian ekstremitas tampak lebih gelap bagi pengamat dibandingkan area bagian dalam. Namun, bintang tersebut sebenarnya tidak bersinar kurang terang di jarak jauh. “Karena bintang berbentuk bola dan permukaannya melengkung, kita melihat lapisan yang lebih tinggi dan karena itu lebih dingin di bagian ekstremitasnya dibandingkan di bagian tengahnya,” jelas rekan penulis dan Direktur MPS Prof. Dr. Laurent Gizon. “Oleh karena itu, area ini tampak lebih gelap bagi kami,” tambahnya.

Diketahui bahwa penggelapan ekstremitas mempengaruhi bentuk persis sinyal planet ekstrasurya dalam kurva cahaya: Peredupan menentukan seberapa tajam kecerahan sebuah bintang turun selama transit planet dan kemudian meningkat lagi. Namun, data pengamatan yang akurat menggunakan model atmosfer bintang konvensional belum dapat direproduksi secara akurat. Penurunan kecerahan selalu terjadi tidak terlalu mendadak dibandingkan perhitungan model yang disarankan. “Jelas bahwa kita kehilangan bagian penting dari teka-teki untuk memahami secara tepat sinyal eksoplanet,” kata Direktur MPS Prof. Sami Solanki, salah satu penulis penelitian ini.

Medan magnet adalah bagian yang hilang dari teka-teki

Perhitungan yang dipublikasikan hari ini menunjukkan bahwa bagian yang hilang dari teka-teki tersebut adalah medan magnet bintang. Seperti Matahari, banyak bintang menghasilkan medan magnet jauh di dalam interiornya melalui aliran panas yang sangat besar plasma. Untuk pertama kalinya, para peneliti kini dapat memasukkan medan magnet ke dalam model penggelapan anggota tubuh mereka. Mereka dapat menunjukkan bahwa kekuatan medan magnet memiliki efek penting: Penggelapan ekstremitas terjadi pada bintang dengan medan magnet lemah, sedangkan penggelapan ekstrem terjadi pada bintang dengan medan magnet kuat.

Para peneliti juga mampu membuktikan bahwa kesenjangan antara data observasi dan perhitungan model akan hilang jika medan magnet bintang dimasukkan dalam perhitungan. Untuk tujuan ini, tim beralih ke data yang dipilih NASATeleskop Luar Angkasa Kepler, yang menangkap cahaya ribuan bintang dari tahun 2009 hingga 2018. Pada langkah pertama, para ilmuwan memodelkan atmosfer bintang Kepler pada umumnya dengan adanya medan magnet. Pada langkah kedua, mereka kemudian menghasilkan data observasi “buatan” dari perhitungan tersebut. Sebagai perbandingan dengan data sebenarnya, dengan memasukkan medan magnet, data Kepler berhasil direproduksi.

Tim juga memperluas pertimbangannya pada data dari Teleskop Luar Angkasa James Webb. Teleskop mampu membagi cahaya bintang-bintang jauh menjadi berbagai panjang gelombang dan dengan demikian mencari ciri-ciri molekul tertentu di atmosfer planet-planet yang ditemukan. Ternyata, medan magnet bintang induk mempengaruhi penggelapan anggota badan bintang secara berbeda pada panjang gelombang yang berbeda – dan oleh karena itu harus diperhitungkan dalam evaluasi di masa mendatang untuk mencapai hasil yang lebih tepat.

Dari teleskop hingga model

“Dalam beberapa dekade dan tahun terakhir, cara untuk maju dalam penelitian planet ekstrasurya adalah dengan meningkatkan perangkat kerasnya, yaitu teleskop luar angkasa yang dirancang untuk mencari dan mengkarakterisasi dunia baru. Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mendorong perkembangan ini ke batas baru,” kata Dr. Alexander Shapiro, salah satu penulis penelitian ini dan kepala kelompok penelitian yang didanai ERC di MPS. “Langkah selanjutnya adalah memperbaiki dan menyempurnakan model untuk menafsirkan data yang sangat baik ini,” tambahnya.

Untuk lebih memajukan perkembangan ini, para peneliti kini ingin memperluas analisis mereka pada bintang-bintang yang jelas-jelas berbeda dari Matahari. Selain itu, temuan mereka menawarkan kemungkinan menggunakan kurva cahaya bintang-bintang yang memiliki exoplanet untuk menyimpulkan kekuatan medan magnet bintang, yang seringkali sulit diukur.

Referensi: “Asal usul magnetis dari perbedaan antara model dan observasi penggelapan anggota badan bintang” oleh Nadiia M. Kostogryz, Alexander I. Shapiro, Veronika Witzke, Robert H. Cameron, Laurent Gizon, Natalie A. Krivova, Hans-G. Ludwig, Pierre FL Maxted, Sara Seager, Sami K. Solanki dan Jeff Valenti, 12 April 2024, Astronomi Alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02252-5