Sebuah studi baru memberikan perkiraan paling akurat dari frekuensi di mana berbagai planet yang seukuran dengan Bumi dan jarak dari bintang induknya yang mirip sebagaimana jarak antara Bumi dengan Matahari kita. Mengetahui seberapa besar kemungkinan keberadaan planet-planet yang berpotensi dihuni ini akan menjadi penting untuk merancang sebuah misi astronomi di masa depan untuk mengkarakterisasi planet berbatu di sekitar bintang seperti matahari yang dapat mendukung kehidupan. Totalnya, itu berarti ada sekitar 10 miliar dunia mirip Bumi di galaksi kita. Sebuah makalah yang menggambarkan pemodelan ini muncul di The Astronomical Journal.
Ribuan planet telah ditemukan oleh teleskop ruang angkasa NASA Kepler. Kepler, yang diluncurkan pada 2009 dan dipensiunkan oleh NASA pada 2018 ketika kehabisan pasokan bahan bakarnya, telah mengamati ratusan ribu bintang dan mengidentifikasi planet-planet di luar tata surya kita — eksoplanet — dengan mendokumentasikan peristiwa transit. Peristiwa transit terjadi ketika orbit sebuah planet melewati di antara bintangnya dan teleskop (pengamat) yang menghalangi sebagian cahaya dari bintang sehingga tampak menjadi redup. Dengan mengukur jumlah peredupan dan durasi antara transit dan menggunakan informasi tentang sifat-sifat bintang, para astronom mencirikan ukuran planet dan jarak antara planet dan bintang induknya – seperti Bumi dan Matahari yang berperan sebagai bintang.
“Kepler telah menemukan planet-planet dengan berbagai ukuran, komposisi, dan orbitnya,” kata Eric B. Ford, profesor astronomi dan astrofisika di Penn State dan salah satu pemimpin tim peneliti. “Kami ingin menggunakan penemuan itu untuk meningkatkan pemahaman kita tentang pembentukan planet dan untuk merencanakan misi masa depan untuk mencari planet yang mungkin layak huni. Namun, hanya dengan menghitung ejumlah ksoplanet dari ukuran tertentu atau jarak orbit bisa menyesatkan, karena jauh lebih sulit untuk menemukan planet-planet kecil yang jauh dari bintangnya daripada menemukan planet-planet besar yang dekat dengan bintang mereka.”
Untuk mengatasi rintangan itu, para peneliti merancang sebuah metode baru untuk menyimpulkan tingkat peristiwa dari planet-planet dengan berbagai ukuran dan jarak orbitalnya. Model baru ini mensimulasikan ‘alam semesta’ bintang dan planet dan kemudian ‘mengamati’ alam semesta yang disimulasikan ini untuk menentukan berapa banyak planet yang akan ditemukan oleh Kepler di setiap ‘alam semesta’ tersebut.
“Kami menggunakan katalog terakhir planet yang diidentifikasi oleh Kepler dan memperbaiki sifat bintang dari pesawat ruang angkasa Gaia milik Badan Antariksa Eropa untuk membangun simulasi kami,” kata Danley Hsu, seorang mahasiswa pascasarjana di Penn State dan penulis pertama makalah itu. “Dengan membandingkan hasilnya dengan planet-planet yang terdapat di katalog oleh Kepler, kami mengkarakterisasi laju planet per bintang dan bagaimana itu tergantung pada ukuran planet dan jarak orbit. Pendekatan baru kami memungkinkan tim untuk memperhitungkan beberapa efek yang belum dimasukkan dalam studi sebelumnya.”
Hasil penelitian ini sangat relevan untuk merencanakan misi ruang angkasa di masa depan untuk mengkarakterisasi planet yang berpotensi seperti Bumi. Dibandingkan dengan misi Kepler yang menemukan ribuan planet kecil namun kebanyakannya sangat jauh sehingga sulit bagi para astronom untuk mempelajari tentang komposisi dan atmosfernya secara lebih detail.
“Para ilmuwan secara khusus tertarik untuk mencari biomarker – molekul yang menunjukkan kehidupan – di atmosfer planet seukuran Bumi yang mengorbit di ‘zona layak huni’ dari bintang seperti matahari,” kata Ford. “Zona layak huni adalah kisaran jarak orbit di mana planet-planet dapat mendukung keberadaab air di permukaannya. Mencari bukti kehidupan di planet seukuran Bumi di zona layak huni dari bintang seperti matahari akan membutuhkan misi ruang angkasa baru yang besar.”
Seberapa besar perlunya misi itu akan tergantung pada kelimpahan planet seukuran Bumi, kata para peneliti. NASA dan Akademi Sains Nasional sedang mengeksplorasi konsep misi yang berbeda secara substansial dalam ukuran dan kemampuan mereka. Jika planet seukuran Bumi jarang ditemukan, maka planet terdekat yang mirip Bumi berjarak lebih jauh dan sebuah misi ambisius besar diperlukan untuk mencari bukti kehidupan di planet yang berpotensi mirip Bumi. Di sisi lain, jika planet seukuran Bumi itu umum, maka akan ada planet ekstrasurya seukuran Bumi yang mengorbit bintang yang dekat dengan matahari dan observatorium yang relatif kecil mungkin dapat mempelajari atmosfernya.
“Sementara sebagian besar bintang yang telah diamati Kepler biasanya berjarak ribuan tahun cahaya dari Matahari, Kepler mengamati sampel bintang yang cukup besar sehingga kita bisa melakukan analisis statistik yang ketat untuk memperkirakan tingkat planet seukuran Bumi di zona layak huni dengan bintang seperti matahari di dekatnya,” kata Hsu.
Berdasarkan simulasi mereka, para peneliti memperkirakan bahwa planet-planet yang sangat mendekati dalam ukuran Bumi, dari tiga perempat hingga satu setengah kali ukuran Bumi, dengan periode orbit berkisar antara 237 hingga 500 hari, terjadi pada sekitar sekitar satu dari empat bintang. Yang penting, model mereka mengkuantifikasi ketidakpastian dalam estimasi tersebut. Mereka merekomendasikan bahwa rencana misi pencarian planet di masa depan untuk tingkat yang tepat yang berkisar dari serendah sekitar satu planet untuk setiap 33 bintang, hingga setinggi hampir satu planet untuk setiap dua bintang.
“Mengetahui seberapa sering kita harus menemukan planet dengan ukuran dan periode orbit yang sangat membantu untuk mengoptimalkan survei untuk planet ekstrasurya dan desain misi ruang angkasa yang akan datang untuk memaksimalkan peluang keberhasilan mereka,” kata Ford.
