Bab 2 Metode Pendeteksian Planet Luar-surya Mendeteksi sebuah planet di bintang lain sangat sulit. Cahaya bintang terlalu terang sehingga kalaupun terdapat planet di bintang tersebut, kontras cahaya antara keduanya terlampau besar, sehingga planet sangat sulit dilihat. Karena itu, untuk mencari planet di bintang lain, kita harus menggunakan teknik tersendiri. Ada beberapa cara untuk mendeteksi adanya planet luar surya, yang sebagian besar merupakan pendeteksian secara tidak langsung. Beberapa metode yang telah cukup lama dikembangkan adalah metode astrometri, metode kecepatan radial, metode transit fotometrik, dan metode mikrolensing gravitasi. Pengembangan teknik spektroskopi dengan resolusi sangat tinggi, membuat meningkatnya tingkat deteksi banyak planet luar surya baru. Perkembangan ini membuat para astronom dapat mendeteksi exoplanet secara tidak langsung dengan mengamati kecepatan radial pada pergerakan bintang induknya. Dewasa ini, dengan menggunakan teknik interferometri dan adaptive optics yang diterapkan pada teleskop-teleskop optik raksasa, misalnya VLT, para astronom mulai dapat mendeteksi planet-planet secara langsung. Metode timing atau pulsar timing, digunakan khusus pada pengamatan pulsar yang diduga memiliki planet. Karena sinyal pulsar sangat teliti, maka pengamatan ini mampu mendeteksi planet-planet seukuran Bumi. Selain itu, para astronom juga melakukan pengamatan pada cakram sirkumstellar, eclipsing binary, menentukan fase orbital bintangbintang, dan melakukan pengukuran polarimetri, dalam upaya untuk mendeteksi keberadaan planet-planet di bintang lain. Selain dari pengamatan landas-bumi, dewasa ini pengamatan dengan landas-layang juga sudah banyak direncanakan, misalnya program Darwin dan TPF. Satelit COROT
4
2.1. Astrometri
5
Gambar 2.1: Semua planet ekstra solar yang ditemukan oleh metode kecepatan radial (titik biru), transit (merah), dan mikrolensing (kuning) hingga 31 Agustus 2004. Ditunjukkan pula batas deteksi dari instrument space- dan ground-based yang mendatang (2004) yang melakukan pengamatan dengan cara transit fotometrik saat ini bahkan sudah berada dalam orbit, dan telah menenmukan beberapa planet baru.
2.1
Astrometri
Metode Astrometri merupakan metode pencarian yang paling tua. Pada 1943 Kaj Strand yang bekerja di Observatorium Sproul di Swarthmore College mengumumkan bahwa pengukuran astrometrinya menunjukkan adanya planet yang mengorbit bintang 61 Cygni. Penemuan ini tidak dapat dibuktikan tapi tradisi pencarian planet dengan astrometri tetap digunakan. Astrometri terdiri atas pengukuran posisi bintang dan mengamati perubahan
2.1. Astrometri
6
posisinya terhadap waktu. Jika bintang tersebut memiliki planet, maka pengaruh gravitasi planet akan membuat bintang bergerak dalam orbit lingkaran atau elips di sekitar pusat massanya. Walaupun metode ini telah lama digunakan, namun sensitivitas yang dibutuhkan, baru dapat dicapai oleh teknologi masa kini. Sekarang ini, Teleskop Keck telah bisa melakukan pengukuran astrometri dengan akurasi 20 mikro arcsecond saat diarahkan pada bintang tunggal. Keuntungan dari metode astrometri ini adalah tidak bergantung pada posisi planet yang berada dalam satu garis pandang dari bumi dan juga dapat diaplikasikan pada bintang-bintang yang lebih banyak. Metode astrometri juga dapat memberikan data massa planet yang lebih akurat. Seperti juga spektroskopi, astrometri baik untuk mendeteksi planet dengan periode pendek. Tetapi astrometri juga bisa mendeteksi planet kecil yang jauh dari bintang utamanya. Di lain pihak, metode ini memerlukan tingkat akurasi dan sensitivitas dan sangat tinggi, sehingga umumnya sangat sulit dilakukan.
Gambar 2.2: Fraksi dari bintang dalam katalog New Luyten Two Tenths (NLTT) yang ditemukan dalam sebuah pusat bujur sangkar. Fitur pada V ∼ 10 kemungkinan karena sulitnya melakukan pengukuran astrometri untuk bintang yang tersaturasi pada pelat (Salim & Gould, 2003).
2.1. Astrometri
2.1.1
7
Kecepatan Radial
Kecepatan radial adalah laju pergerakan bintang bergerak mendekat atau menjauhi bumi kita. Metode Kecepatan Radial seperti metode astrometri, juga melihat bahwa bintang dengan planet akan bergerak dalam orbitnya yang kecil karena pengaruh dari gravitasi planet. Tujuan dari metode ini untuk mengukur variasi kecepatan bintang mendekati atau menjauhi Bumi. Kecepatan radial dapat diturunkan dari perpindahan garis spectral bintang induk karena efek Doppler. Kecepatan radial menggunakan efek Doppler pada garis spektral untuk penentuan kecepatan sepanjang garis pengamatan. Jika efek dari planet cukup besar, melalui kombinasi massa dan radius orbitnya, maka pergerakan maju mundur dari bintang dapat dideteksi sebagai pergeseran biru dan merah yang kecil pada garis spektral bintang.
Gambar 2.3: Pengukuran kecepatan radial pada bintang HD 82943 dalam sistem dua planet, seperti yang diamati dengan instrumen CORALIE di La Silla (ESO, 2001) Metode ini merupakan metode yang paling produktif yang digunakan dalam pencarian planet. Beberapa kelompok pengamat planet luar surya sekarang menggunakan metode
2.1. Astrometri
8
ini dengan presisi antara 3 sampai 10 m/s dalam pencarian planet luar surya. Kekurangan metode ini adalah karena pengukuran pergerakan hanya sepanjang garis pengamatan. Karena itu, metode ini hanya dapat mengukur batas atas massa planet. Terdapat 225 sistem planet, 261 planet dan 25 sistem planet ganda ditemukan dengan metode ini, sampai dengan Maret 2008 (Schneider, 2008).
2.1.2
Transit Fotometri
Metode selanjutnya adalah Metode Transit Fotometrik. Jika metode-metode sebelumnya menitik-beratkan pada massa, metode ini justru pada radius planet. Jika planet transit di depan bintang induknya, kecerlangan bintang akan menjadi sedikit lebih redup. Besarnya magnitudo bintang yang hilang ini bergantung dari besar radius planet yang transit di depannya. Sudah terdapat 36 sistem planet dan 36 planet telah ditemukan dengan metode transit fotometrik ini (Schneider, 2008). Keuntungan dari metode pencarian dengan transit fotometri ini adalah kita dapat menggunakan CCD dengan format besar pada teleskop yang cukup besar. Pencarian planet akan lebih efisien jika planet yang dideteksi memiliki periode ∼ 10 hari. Untuk planet yang transit, massa planet sebenarnya dapat diukur karena inklinasi orbit dapat diukur dari kurva cahaya. Kerapatan planet rata-rata juga dapat diukur oleh metode ini. Pencarian dengan transit dapat dilakukan untuk bintang apa pun. Dengan presisi spektroskopi yang cukup tinggi planet-planet dengan ukuran seperti bumi dapat dideteksi. Atmosfer planet juga dapat dideteksi jika bintang cukup terang. Dengan presisi fotometri yang tinggi satelit dan cincin yang mengitari planet dapat dideteksi. Kesulitannya, metode transit memerlukan presisi yang sangat tinggi sehingga menjadi tantangan yang cukup sulit untuk CCD yang digunakan. Metode ini juga hanya dapat dilakukan pada planet-planet yang sejajar dengan bumi dan cukup sulit menemukan posisi planet yang seperti itu. Selain itu juga pendeteksian dengan metode ini memiliki kesalahan deteksi yang tinggi. Deteksi transit memerlukan informasi tambahan yang biasanya didapat dari metode kecepatan radial.
2.1.3
Mikrolensing Gravitasi
Selanjutnya adalah metode gravitational microlensing. Ini terjadi jika medan gravitasi bintang menjadi lensa dan membiaskan cahaya dari bintang di latar belakangnya. Efek ini terjadi hanya jika dua bintang benar-benar berada dalam satu garis. Jika di depan
2.1. Astrometri
9
Gambar 2.4: Model Kurva Cahaya dari transit planet yang melewati bintang CM Draconis (Deeg et al. 1998). bintang yang berada di depan terdapat sebuah planet, maka medan gravitasi planet dapat memberikan kontribusi yang dapat dideteksi melalui efek lensa. Pengamatan dengan metode ini memerlukan waktu yang cukup panjang, dengan ukuran hari atau bahkan minggu. Mikrolensing gravitasi paling sensitif pada planet-planet seperti Bumi sampai Jupiter dengan radius orbit antara 1 – 5 AU. Metode ini sangat berguna untuk mencari planet yang berada di antara Bumi dan pusat galaksi karena pusat galaksi memiliki banyak bintang di latar belakang. Keberadaan bintik, terutama daerah aktif pada bintang atau planet dapat dideteksi secara efisien dengan mengamati perubahan pada garis spektral saat terjadinya mikrolensing dengan parameter impak yang kecil. Kerugian dari metode ini, adalah metode ini tidak dapat diulangi karena kemungkinan alignment belum tentu terjadi lagi. Planet yang dideteksi biasanya memiliki jarak beberapa kilo parsek, sehingga pengamatan lanjutan dengan metode lain biasanya dilakukan. Tetapi jika bintang-bintang di latar belakang dapat diamati dengan akurasi yang cukup maka metode ini dapat menunjukkan berapa banyaknya planet-planet yang menyerupai Bumi di galaksi kita. Dari data planet yang telah ditemukan, terdapat 6 planet telah dideteksi dengan metode mikrolensing (Schneider, 2008).
2.1.4
Pencitraan Langsung
Planet merupakan sumber cahaya yang sangat lemah dibandingkan dengan bintang dan biasanya cahaya dari planet hilang karena pengaruh bintang induknya. Jadi secara umum sangat sulit untuk mencari planet secara langsung. Tapi dalam beberapa kasus, teleskop sekarang ini, seperti teleskop Gemini, VLT dan Subaru, dapat mengambil citra langsung
2.1. Astrometri
10
Gambar 2.5: Panel kiri dan kanan menunjukkan kurva cahaya yang diamati pada events (108009) dan (101041) melalui program Massive Astrophysical Compact Objects (MACHO) (Rahvar & Nouri-Zonoz, 2008). dari planet. Dengan mendapatkan citra dari exoplanet akan membuat para astronom lebih mudah mempelajari detil dari objek dan menganalisa komposisi atmosfernya. Di masa yang akan datang, detil citra yang lebih baik akan membuat para pengamat lebih bisa melihat lebih baik planet-planet seukuran Bumi sampai Jupiter. Planet-planet dengan ukuran Jupiter dengan umur beberapa puluh juta tahun, lebih panas dan lebih terang daripada planet-planet yang lebih tua, sehingga akan lebih mungkin untuk dideteksi. Sudah terdapat 5 planet yang ditemukan dengan metode pencitraan langsung (Schneider, 2008). Tabel 2.1 dan Gambar 2.7 memberikan diagram jumlah planet berdasarkan cara pendeteksiannya antara tahun 2004 sampai dengan 2008. Kita lihat bahwa metode kecepatan radial memberikan kontribusi terbanyak sejauh ini. Metode pencitraan langsung diharapkan akan dapat memberikan penemuan yang lebih banyak di masa datang.
2.1. Astrometri
11
Gambar 2.6: Gambar planet yang ditemukan mengorbit bintang katai coklat 2M1207 yang ditemukan pada tahun 2005 (ESO).
Gambar 2.7: Skema sebaran planet berdasarkan metode pendeteksiannya berdasarkan data tanggal 7 Maret 2008 (Schneider, 2008).
2.1. Astrometri
12
Tabel 2.1: Banyaknya planet yang ditemukan menurut metode pendeteksian pada tahun 2008 dan 2004. Metode Pendeteksian Kecepatan Radial Transit Pulsar Timing Mikrolensing Gravitasi Pencitraan Langsung
Banyak Planet (2008) Banyak Planet (2004) 261 Planet ±110 Planet 36 Planet 5 Planet 5 Planet 6 Planet 1 Planet 5 Planet -
