Bukti dampak besar dalam sistem bintang terdekat yang menghilangkan atmosfer dari sebuah planet

Tabrakan planet seperti itu kemungkinan umum terjadi di tata surya muda, tetapi belum diamati secara langsung.

Sistem planet muda umumnya mengalami rasa sakit yang luar biasa saat tubuh bayi bertabrakan dan bergabung menjadi planet yang lebih besar dan lebih besar. Di tata surya kita sendiri, bumi dan bulan dianggap sebagai produk dari jenis tumbukan raksasa ini. Para astronom menyarankan bahwa tabrakan seperti itu seharusnya biasa terjadi di sistem awal, tetapi mereka sulit diamati di dekat bintang lain.

Sekarang astronom di DENGAN, Universitas Nasional Irlandia Galway, Universitas Cambridge dan di tempat lain telah menemukan bukti dampak raksasa yang terjadi di sistem bintang terdekat hanya 95 tahun cahaya dari Bumi. Bintang bernama HD 172555 itu berusia sekitar 23 juta tahun, dan para ilmuwan menduga bahwa debunya mengandung jejak tabrakan baru-baru ini.

Tim yang dipimpin MIT telah mengamati bukti lebih lanjut dari dampak raksasa di sekitar bintang. Mereka menemukan bahwa tabrakan kemungkinan terjadi setidaknya 200.000 tahun yang lalu antara planet terestrial seukuran Bumi dan penabrak yang lebih kecil dengan kecepatan 10 kilometer per detik atau lebih dari 22.000 mil per jam.

Yang terpenting, mereka menemukan gas, yang menunjukkan bahwa dampak cepat seperti itu kemungkinan menghancurkan sebagian atmosfer planet yang lebih besar – peristiwa dramatis yang akan menjelaskan gas dan debu yang diamati di sekitar bintang. Hasilnya muncul hari ini di alam, mewakili deteksi pertama dari jenis ini.

“Ini adalah pertama kalinya kami menemukan fenomena atmosfer protoplanet yang dilucuti selama tumbukan raksasa,” kata penulis utama Tajana Schneiderman, seorang mahasiswa PhD di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet di MIT. “Semua orang tertarik untuk melihat dampak besar karena kami berharap hal itu sering terjadi, tetapi kami tidak memiliki buktinya di banyak sistem. Sekarang kami memiliki wawasan tambahan tentang dinamika ini.”

Sinyal yang jelas

Bintang HD 172555 menjadi objek daya tarik di kalangan astronom karena komposisi debunya yang tidak biasa. Pengamatan dalam beberapa tahun terakhir telah menunjukkan bahwa debu bintang mengandung sejumlah besar mineral yang tidak biasa, dalam butiran yang jauh lebih halus daripada yang diperkirakan para astronom untuk cakram puing-puing bintang yang khas.

“Karena dua faktor ini, HD 172555 disalahartikan sebagai sistem aneh ini,” kata Schneiderman.

Dia dan rekan-rekannya bertanya-tanya apa yang bisa diungkapkan oleh gas tentang sejarah aksi sistem. Anda telah melihat data yang direkam oleh ALMA, Array Milimeter Besar Atacama di Chili, yang terdiri dari 66 teleskop radio, yang jaraknya dapat disesuaikan untuk menambah atau mengurangi resolusi gambarnya. Tim mencari data dari arsip publik ALMA dan mencari tanda-tanda karbon monoksida di dekat bintang.

“Ketika orang ingin memeriksa gas dalam piringan puing, karbon monoksida biasanya paling terang dan karena itu paling mudah ditemukan,” kata Schneiderman. “Jadi kami melihat lagi data karbon monoksida untuk HD 172555 karena ini adalah sistem yang menarik.”

Kemudian

Dengan analisis ulang yang cermat, tim mampu mendeteksi karbon monoksida di sekitar bintang. Ketika mereka mengukur kelimpahannya, mereka menemukan bahwa gas tersebut merupakan 20 persen dari karbon monoksida yang ditemukan di dalamnya Venus‘ Suasana. Mereka juga mengamati bahwa gas mengorbit secara mengejutkan dekat dengan bintang dalam jumlah besar, sekitar 10 unit astronomi, atau 10 kali jarak antara bumi dan matahari.

“Kehadiran karbon monoksida di sekitar ini membutuhkan penjelasan,” kata Schneiderman.

Itu karena karbon monoksida biasanya rentan terhadap fotodisosiasi, sebuah proses di mana foton bintang memecah dan menghancurkan molekul. Pada jarak dekat, biasanya akan ada sangat sedikit karbon monoksida di dekat sebuah bintang. Jadi kelompok tersebut menguji skenario yang berbeda untuk menjelaskan penampakan gas yang melimpah dan dari dekat.

Mereka dengan cepat mengesampingkan skenario di mana gas dibuat dari puing-puing bintang yang baru terbentuk, serta skenario di mana gas dihasilkan oleh sabuk asteroid es di dekatnya. Mereka juga mempertimbangkan skenario di mana gas dikeluarkan dari banyak komet es yang masuk dari sabuk asteroid jauh, mirip dengan sabuk Kuiper kita sendiri. Tetapi data juga tidak sesuai dengan skenario ini. Skenario terakhir yang dipertimbangkan tim adalah bahwa gas tersebut merupakan sisa dari dampak besar.

“Dari semua skenario, ini adalah satu-satunya yang dapat menjelaskan semua karakteristik data,” kata Schneiderman. “Dalam sistem zaman ini, kami mengharapkan dampak besar, dan kami berharap dampak besar menjadi sangat umum. Skala waktu bekerja, usia bekerja, dan batasan morfologis dan komposisi bekerja. Satu-satunya proses yang masuk akal yang dapat menghasilkan karbon monoksida dalam sistem ini dalam konteks ini adalah dampak yang sangat besar.”

Tim memperkirakan bahwa gas tersebut dilepaskan dalam dampak raksasa yang terjadi setidaknya 200.000 tahun yang lalu – sehingga baru-baru ini bintang tersebut tidak memiliki waktu untuk menghancurkan gas sepenuhnya. Berdasarkan kelimpahan gas, dampaknya kemungkinan besar dan mencakup dua protoplanet, kemungkinan ukurannya sebanding dengan Bumi. Begitu besar dampaknya sehingga kemungkinan meledakkan sebagian atmosfer planet dalam bentuk gas yang diamati tim hari ini.

“Sekarang ada peluang untuk pekerjaan di masa depan di luar sistem ini,” kata Schneiderman. “Kami menunjukkan bahwa ketika Anda menemukan karbon monoksida di lokasi dan morfologi yang cocok dengan tumbukan raksasa, ia menawarkan cara baru untuk mencari dampak raksasa dan memahami bagaimana perilaku puing-puing sesudahnya.”

“Apa yang istimewa dari pekerjaan ini, menurut saya, adalah menunjukkan pentingnya hilangnya atmosfer yang disebabkan oleh dampak besar,” kata Hilke Schlichting, profesor ilmu bumi, planet dan ruang angkasa di University of California di Los Angeles, yang berada di Investigasi tidak terlibat. “Ini juga membuka kemungkinan mempelajari komposisi atmosfer planet ekstrasurya dengan dampak raksasa, yang pada akhirnya dapat membantu menjelaskan keadaan atmosfer planet terestrial selama fase dampak raksasa mereka sendiri.”

Referensi: “Gas karbon monoksida yang dihasilkan oleh dampak besar di wilayah bagian dalam sistem muda” oleh Tajana Schneiderman, Luca Matrà, Alan P. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Kral, Sebastián Marino, Karin I. berg, Kate YL Su, David J. Wilner dan Mark C. Wyatt, 20 Oktober 2021, alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

Penelitian ini didukung sebagian oleh observatorium ALMA dan Yayasan Simons.