Sebuah penemuan ilmiah yang dibuat oleh tim internasional, yang dipimpin oleh para peneliti dari Universitas São Paulo (USP), mengungkapkan metode yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk mendeteksi bintang-bintang yang telah memakan planetnya. Proses inovatif ini didasarkan pada identifikasi perubahan jumlah berilium, unsur kimia yang keberadaannya relatif rendah, sehingga menjanjikan pendekatan baru untuk memahami bagaimana sistem planet berkembang.
Studi tersebut, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Astronomy & Astrophysics, menyelidiki sepasang bintang tipe matahari, yang diberi nama HD 129171 dan HD 129209. Bintang-bintang ini, yang memiliki karakteristik mirip dengan Matahari kita dalam hal aktivitas fisik, kimia, dan magnet, membentuk sistem biner.
Perkiraan awalnya adalah bahwa bintang biner, yang lahir dari awan molekul yang sama pada waktu yang sama, akan memiliki komposisi kimia yang hampir sama. Namun, para ilmuwan telah mengamati perbedaan mencolok antara keduanya.
Penemuan metode inovatif untuk melacak bintang
Bintang HD 129171 menunjukkan unsur-unsur tahan api tingkat tinggi, yang biasanya mengembun menjadi padat dan membentuk planet berbatu. Anne Rathsam, mahasiswa doktoral di Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences (IAG-USP) dan penulis utama artikel tersebut, menyatakan bahwa temuan ini secara kuat mengindikasikan adanya konsumsi material planet di sepanjang lintasan evolusi bintang.
Meskipun kemungkinan beberapa bintang menggabungkan planet atau pecahannya telah dipertimbangkan, kontribusi besar dari penelitian ini adalah dalam membuktikan, untuk pertama kalinya, bahwa variasi kelimpahan berilium pada bintang biner dapat menjadi indikator yang tepat untuk fenomena ini.
Peran penting berilium dalam mengidentifikasi peristiwa kosmik
Berilium terkenal karena tidak diproduksi di inti bintang selama masa hidup sebuah bintang. Oleh karena itu, deteksinya dalam cahaya yang dipancarkan bintang bertindak sebagai tanda peringatan, menunjukkan bahwa bintang tersebut menyerap material batuan, seperti sisa-sisa planet, jauh setelah awal pembentukannya.
Para peneliti mengklarifikasi bahwa litium, berilium, dan boron mewakili kekhasan komposisi kimia alam semesta. Sementara unsur kimia lainnya muncul dari nukleosintesis primordial atau bintang, berilium dan boron tercipta terutama melalui proses yang disebut ‘spallasi kosmik’. Di dalamnya, partikel berenergi tinggi menghancurkan inti yang lebih padat, seperti karbon, nitrogen, dan oksigen, menghasilkan unsur-unsur yang lebih ringan.
Litium, meskipun sebagian besar juga berasal dari spalasi – dengan porsi minimal dari nukleosintesis primordial dan produksi langka pada jenis bintang tertentu – sebelumnya digunakan sebagai penanda kemungkinan terjadinya penelanan planet. Namun, Rathsam menyoroti bahwa berilium lebih tahan lama, sehingga sifat kimianya dapat bertahan dalam jangka waktu yang lebih lama.
Pengamatan terperinci mengungkap konsumsi materi planet
Untuk melakukan penelitian, tim menggunakan data dari spektograf UVES, instrumen yang dipasang pada Very Large Telescope (VLT) milik European Southern Observatory (ESO), yang berlokasi di Chile. Peralatan berpresisi tinggi ini mampu menguraikan cahaya bintang menjadi berbagai panjang gelombang, sehingga memungkinkan identifikasi tanda kimia yang sangat halus.
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa HD 129171 memiliki jumlah unsur tahan api yang jauh lebih besar, seperti besi, magnesium, silikon, kalsium, dan titanium, jika dibandingkan dengan pendampingnya HD 129209. Selain itu, bintang ini memiliki kelebihan litium dan berilium. Menurut para ilmuwan, pola yang diamati konsisten dengan penyerapan material batuan yang setara dengan lebih dari 11 kali massa Bumi.
Rathsam menjelaskan bahwa asal usul material ini bisa berasal dari satu planet besar atau dari gabungan beberapa benda yang lebih kecil. Namun, pada bintang mirip Matahari, pencampuran internal sangat efisien sehingga tanda kimia akhir tidak memungkinkan kita membedakan kedua skenario ini.
Dinamika sistem bintang yang penuh kekerasan dan kelangkaan stabilitas
Meskipun analisis kimia adalah kontribusi awal utama penelitian ini, dengan pemilihan berilium sebagai penanda penelanan planet, penulis juga mengeksplorasi mekanisme dinamis yang dapat menyebabkan planet diserap oleh bintang induknya. Mekanisme tersebut mencakup interaksi gravitasi antar planet, gangguan yang disebabkan oleh bintang pendamping, dan proses migrasi orbit. Faktor-faktor ini dapat mengakibatkan orbit yang sangat eksentrik dan tidak stabil, yang menyebabkan terlontarnya planet-planet, tabrakan antar planet, atau akhirnya penyerapannya oleh bintang pusat.
Kesimpulan penting dari penelitian ini menunjukkan kemungkinan kelangkaan sistem stabil, seperti Tata Surya kita. Jorge Luis Melendez Moreno, profesor di IAG-USP dan penasihat penelitian ini, mencatat bahwa beberapa bukti independen menguatkan hipotesis ini. Simulasi komputer mengenai pembentukan planet menunjukkan bahwa konfigurasi yang mirip dengan Tata Surya – dengan raksasa gas di orbit luar yang hampir berbentuk lingkaran dan planet berbatu di orbit dalam yang stabil – bukanlah hasil yang sering terjadi. Selain itu, survei observasi terhadap bintang mirip Matahari telah mengungkapkan sedikit analog Jupiter yang orbitnya sebanding dengan raksasa gas kita.
Melendez menunjukkan bahwa, ketika menganalisis data dari simulasi dinamis, observasi eksoplanet, dan studi kimia bintang biner, muncul skenario yang konsisten, yang menunjukkan bahwa sistem seperti Matahari mungkin kurang umum dibandingkan yang dibayangkan sebelumnya. Hal ini menyiratkan bahwa stabilitas orbit, yang penting bagi kelangsungan lingkungan yang dapat dihuni selama miliaran tahun, mungkin merupakan pengecualian yang jarang terjadi, sehingga meningkatkan pemahaman tentang kondisi yang diperlukan untuk evolusi kehidupan kompleks di alam semesta.
Implikasinya terhadap pembentukan bintang dan pencarian kehidupan yang kompleks
Melendez menambahkan bahwa sistem biner banyak ditemukan di Bima Sakti, dengan perkiraan menunjukkan bahwa sekitar setengah dari bintang-bintang di galaksi memiliki pendamping gravitasi. Karena dua bintang dalam sistem biner terbentuk secara bersamaan dan dari awan molekul yang sama, perbedaan kimia yang diamati di antara keduanya menjadi indikasi kuat bahwa proses selanjutnya, seperti menelan planet, telah mengubah komposisi aslinya.
Rathsam menunjukkan bahwa meskipun planet-planet di sistem kita memiliki orbit yang relatif stabil dan eksentrisitasnya rendah, frekuensi menelan planet menunjukkan bahwa banyak sistem bintang melewati fase dinamis yang bergejolak. Ketidakstabilan tersebut, tegasnya, berimplikasi langsung pada eksistensi kehidupan yang kompleks. Agar kehidupan tidak hanya muncul dan berkembang selama miliaran tahun, namun juga dapat berkembang, sebuah planet harus mempertahankan orbit yang cukup stabil, terlindung dari gangguan gravitasi yang signifikan.
Selain memberikan pencerahan baru pada evolusi sistem planet, penelitian ini juga berdampak pada teori pembentukan bintang dan teknik yang dikenal sebagai “penandaan kimia”, yang digunakan untuk merekonstruksi sejarah Bima Sakti berdasarkan komposisi kimia bintang.
Jika variasi kimia yang diamati pada bintang biner berasal dari heterogenitas awan primordial yang menghasilkannya, maka diperlukan tinjauan terhadap model pembentukan bintang saat ini. Namun, hasil yang dicapai tim memperkuat hipotesis konsumsi planet.
Penelitian tersebut mencakup partisipasi ilmuwan dari USP, Akademi Ilmu Pengetahuan Polandia, Akademi Ilmu Pengetahuan China, Universitas Monash, di Australia, dan observatorium astronomi Italia, dengan dukungan finansial dari Fapesp melalui Proyek Tematik yang dikoordinasikan oleh Melendez.