Saya belum pernah bertemu fisikawan yang tidak percaya pada keindahan teori relativitas umum—deskripsi Einstein mengenai gravitasi sebagai kelengkungan ruang-waktu. Bagaimanapun, teori ini secara konsisten mendorong berbagai terobosan, khususnya dalam astrofisika. Jadi, ketika suatu fenomena kosmis membingungkan para ilmuwan, wajar saja jika mereka mengandalkan relativitas umum untuk mencari jawaban.
Sebuah misteri semacam itu, yang dijelaskan dalam makalah terbaru di The Astrophysical Journal Letters, menyangkut eksoplanet sirkumbiner—atau lebih tepatnya, kelangkaannya—dalam lebih dari 6.000 eksoplanet yang telah dikonfirmasi hingga saat ini. Seperti planet Tatooine dari Star Wars, eksoplanet sirkumbiner mengorbit sepasang bintang, bukan satu bintang tunggal.
Cuplikan dari film Star Wars tahun 1977, memperlihatkan Luke Skywalker muda mengamati matahari ganda dari planet Tatooine. Kredit: Lucasfilm Ltd.
Menurut studi baru ini, kelangkaan planet semacam itu di sekitar biner ketat (dua bintang yang jaraknya relatif berdekatan) sebagian dapat dijelaskan oleh efek relativitas umum pada interaksi tiga benda antara kedua bintang dan planet tersebut. Profil gravitasi yang kompleks akhirnya berujung pada kehancuran planet atau pengusirannya dari orbit, menurut penelitian terbaru ini.
Mencari Matahari Ganda
Konsep seniman mengenai Kepler-16b, salah satu dari sedikit eksoplanet yang diketahui mengorbit sistem bintang biner. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Meski demikian, para astronom berasumsi bahwa bintang biner seharusnya tidak jauh lebih buruk daripada bintang tunggal dalam hal membentuk eksoplanet besar; sekitar 10% bintang tunggal diketahui memiliki eksoplanet. Namun, mempertahankan planet-planet tersebut mungkin cerita yang berbeda, karena planet yang terbentuk tidak selalu tetap stabil dalam jangka panjang. Penelitian baru ini berupaya menanyakan mengapa hal ini terjadi dan gaya apa yang mungkin mengusir—atau mendestabilisasi—planet-planet tersebut seiring waktu.
Selama misinya, Kepler mendeteksi sekitar 3.000 sistem bintang biner. Tetapi dari 3.000 sistem itu, astronom hanya menemukan 47 kandidat planet sirkumbiner melalui metode transit, dan hanya 14 yang benar-benar dikonfirmasi keberadaannya.
“Ada kelangkaan planet sirkumbiner secara umum, dan benar-benar kekosongan di sekitar biner dengan periode orbit tujuh hari atau kurang,” kata Mohammad Farhat, penulis utama studi dan peneliti pascadoktoral di University of California, Berkeley, dalam sebuah pernyataan.
Terlalu Dekat dengan Bintang
Bersama kolaboratornya, Jihad Touma, seorang fisikawan di American University of Beirut di Lebanon, Farhat beralih ke Sang Teori Andalan: relativitas umum. Penelitian baru ini berusaha memahami apakah kelangkaan eksoplanet di sekitar sistem biner merupakan produk dari keterbatasan teknologi atau hal lain sama sekali, seperti dampak efek orbital kuat yang mengeliminasi objek mirip planet seiring waktu.
Untuk studi ini, para peneliti melakukan analisis matematis untuk menilai konsekuensi gaya relativistik di sekitar sistem biner. Seperti yang diduga, relativitas umum menawarkan beberapa jawaban menarik. Secara khusus, para peneliti mempelajari bagaimana relativitas umum dapat mempengaruhi orbit sistem biner ketat untuk secara bertahap menggeser orientasinya dan membentuk ulang lingkungan gravitasi jangka panjang.
Dalam sistem biner, bintang-bintang bergoyang semakin mendekat selama puluhan juta tahun, dan parameter orbitalnya secara bertahap bergeser dan menyusut. Ketika sebuah planet—atau bahkan cikal bakal planetesimal—masuk ke dalam sistem, orbitnya memanjang menjadi oval tipis, membuat jarak terdekat dan terjauhnya dari bintang menjadi lebih ekstrem.
Penjelasan langkah demi langkah mengapa planet yang mengorbit bintang ganda akhirnya memasuki orbit tidak stabil dan menghilang dari sistem. Kredit: Mohammad Farhat / UC Berkeley
“Dan dalam perjalanannya, ia menemui zona ketidakstabilan di sekitar biner, di mana efek tiga benda mulai berperan dan membersihkan zona tersebut secara gravitasi,” jelas Touma.
Ini bisa berarti salah satu dari dua hal: planet terbang terlalu dekat ke bintang dan tercabik-cabik oleh bintang, atau planet terbang terlalu jauh dan keluar dari sistem sama sekali, kata Farhat. “Dalam kedua kasus, planet tersebut tersingkir.”
Hilang atau Tidak Nyata?
Di sisi lain, bisa jadi metode deteksi eksoplanet kita belum memadai. Tetapi dengan asumsi bahwa planet mirip Tatooine yang belum ditemukan itu ada, analisis terbaru ini memberikan penjelasan mengapa mereka sangat sulit ditemukan. Keempat belas eksoplanet sirkumbiner yang kita ketahui itu? Temuan yang sangat beruntung.
Di sisi lain, Farhat dan Touma kini bertanya-tanya apakah pendekatan serupa dapat menjelaskan bagaimana efek relativistik mempengaruhi fenomena kosmis ekstrem lain yang belum terpecahkan. Misalnya, mungkin prinsip yang sama dapat menjelaskan perilaku bintang di sekitar lubang hitam supermasif biner atau pulsar, kata mereka.