AS2105 Astronomi & Lingkungan. Ferry M. Simatupang Prodi Astronomi Fakultas MIPA Institut Teknologi Bandung

Ferry M. Simatupang

Prodi Astronomi – Fakultas MIPA Institut Teknologi Bandung

AS2105 Astronomi &

Lingkungan

1 . Pencarian Exoplanet & Exolife

2 . Habitable Zone & Terraforming

2

Bab 6

3

6.1. Pencarian Exoplanet

& Exolife

4

5

6

7

Resolution 5A, IAU 2006

1. A planet[1] is a celestial body that

is in orbit around the Sun,

has sufficient mass for its self-gravity to

overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round)

shape, and

has cleared the neighbourhood around its

orbit.

8

Resolution 5A, IAU 2006

2. A "dwarf planet" is a celestial body that

 is in orbit around the Sun,

 has sufficient mass for its self-gravity to

overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape[2]_,

 has not cleared the neighbourhood around its

orbit, and

 is not a satellite.

9

Resolution 5A, IAU 2006

3. All other objects[3], except satellites,

orbiting the Sun shall be referred to

collectively as "Small Solar System Bodies".

10

Footnotes:

 [1] The eight planets are: Mercury, Venus, Earth,

Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune.

 [2] An IAU process will be established to assign

borderline objects into either dwarf planet and other categories.

 [3] These currently include most of the Solar System

asteroids, most Trans-Neptunian Objects (TNOs), comets, and other small bodies.

11

Exoplanet (atau extrasolar planet): planet yang berada di luar tata surya kita, mengitari bintang lain

12

Definisi planet (terkait exoplanet) oleh IAU:

 Objects with true masses below the limiting mass for thermonuclear

fusion of deuterium (currently calculated to be 13 Jupiter masses for objects of solar metallicity) that orbit stars or stellar remnants are "planets" (no matter how they formed). The minimum mass/size required for an extrasolar object to be considered a planet should be the same as that used in our solar system.

 Substellar objects with true masses above the limiting mass for

thermonuclear fusion of deuterium are "brown dwarfs", no matter how they formed nor where they are located.

 Free-floating objects in young star clusters with masses below the

limiting mass for thermonuclear fusion of deuterium are not "planets", but are "sub-brown dwarfs" (or whatever name is most appropriate).

13

 Ukuran planet kecil

relatif terhadap bintang induknya

 Letaknya jauh dari

pengamat, dan kelihatan amat dekat dengan

bintang induknya

 Perbedaan terang planet

terhadap bintang teramat besar.

14

15

… planet sangatlah redup, tersembunyi di

balik cahaya bintang yang sangat terang

16

Planet ibarat kunang-kunang yang ukurannya sangat kecil dan cahayanya redup dibandingkan sebuah

17

1. Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 2. Astrometri

3. Fotometri Transit

4. Gravitational Microlensing

5. Pencitraan Secara Langsung (Direct

Imaging)

6. Pulsar Timing

7. Circumstellar Disk

8. Kontaminasi Atmosfer Bintang

18

 Yang diamati: kecepatan radial bintang

induk (lewat spektrumnya)

 Dipengaruhi oleh inklinasi sistem.

19

20

Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler)

21

Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler)

22

23

Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler)

r: jarak planet ke

bintang induk

G: konstanta gravitasi M_star: massa bintang

P_star: periode bintang yang teramati

24

Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler): Contoh Hasil Pengamatan

Sumber: http://cfa-www.harvard.edu/afoe/51Peg.html

Kurva kecepatan radial bintang 51 Pegasi

25

 Pergeseran Doppler minimum yang bisa

terdeteksi: 0,97 m/s (⇒ HARPS)

 Menghasilkan penemuan lebih dari separuh

SKE yang diketahui saat ini.

26

 Yang diamati: gerak bintang

di bidang langit

 Dipengaruhi oleh:

perbandingan massa bintang

induk terhadap planet

jarak planet-bintang induk

jarak sistem terhadap

pengamat.

27

Contoh:

Gerak Matahari yang akan terdeteksi jika diamati dari jarak 10 parsec. Gerak ini

disebabkan oleh Jupiter.

28

Metode Astrometri

Gerak pusat massa (barycenter) tata surya relatif terhadap posisi Matahari

29

 Metode yang sangat menjanjikan

 Keck memberikan resolusi 20 µas, dan bisa

mendeteksi planet bermassa 66 M_Bumi (untuk kasus a = 1 AU dan M_Bintang = M_Matahari, diamati dari jarak 10 pc)

 SIM: 1-2 µas.

30

 Yang diamati:

penurunan fluks

cahaya bintang saat transit terjadi

 Hanya untuk sistem

dengan inklinasi ~90°.

31  Unggul untuk mendeteksi planet-planet kecil  Diperoleh juga informasi tentang dimensi planet dan komposisi atmosfer.

32

Metode Fotometri Transit:

Contoh Hasil Pengamatan Kepler 6 b

Waktu

Int

ens

it

33

34

 Yang diamati: kurva cahaya bintang latar

belakang yang mengalami efek penguatan oleh bintang yang memiliki planet

 Dari karakteristik lensing yang diamati,

keberadaan dan orde massa planet bintang pelensa dapat dideteksi.

35

 Pertamakali diusulkan tahun 1991 oleh

Shude Mao dan Bohdan Paczyński dari

Princeton University

 Amat berguna untuk mendeteksi sistem

keplanetan yang berada diantara Bumi dan pusat galaksi

36

 Tahun 2002, grup astronom Andrzej Udalski,

Marcin Kubiak dan Michał Szymański dari

Warsaw, dan Bohdan Paczyński melalui proyek OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) membangun workable technique.

 Selama satu bulan mereka mendeteksi beberapa

kandidat planet, meski keterbatasan dari

pengamatan tidak memungkinkan konfirmasi.

 Semenjak itu, empat exoplanet telah dikonfirmasi

dideteksi dengan microlensing.

37

 Kejadian lensing jarang terjadi, dan

pengamatan tidak bisa diulang

 Cukup sensitif untuk mendeteksi planet

seukuran Bumi.

38

 Ide: mengurangi perbandingan

terang cahaya dari bintang dan planet

 Pengamatan sistem dilakukan

dengan memotretnya secara langsung

 Metode ini mulai memberikan

hasil.

39

 Sampai tahun 2010, untuk bisa dilakukan

dibutuhkan keadaan khusus:

 Planetnya besar (jauh lebih besar dari Jupiter)  Memiliki orbit yang besar

 Temperatur planet tinggi, sehingga

memancarkan inframerah yang intensif

 Tahun 2010, dengan menggunakan vector

vortex coronagraph, teleskop kecil bisa

melakukan direct imaging

40

Metode Direct Imaging

A simulated view of the coronagraph for Terrestrial Planet Finder (Courtesy NASA/JPL-Caltech)

41

Michael Mayor dan Didier Queloz (Obs. Geneva - Swiss)

(diumumkan pada tanggal 6 Oktober 1995):

 Bintang: 51 Pegasi di rasi Pegasus  M = 0,44 massa Jupiter (massa

Jupiter = 1,899 x 1027 _kg)

 P = 4,231 hari  a = 0,052 AU  Jarak = 48 tc.

Ditemukan setelah 18 bulan

pencarian dengan metode Doppler

Sistem Keplanetan Yang Pertama Ditemukan Pada Bintang Mirip Matahari

42

 Citra inframerah dari bintang

2M1207 (kebiruan) dan planetnya 2M1207b (kemerahan)

 2M1207b adalah planet pertama yang

ditemukan mengorbit brown dwarf, ditemukan tahun 2004

 Jarak planet ke bintang induk kurang

dari 1 detik busur dilihat dari Bumi

 Citra diperoleh dengan menggunakan

the European Southern Observatory's 8,2 m Yepun Very Large Telescope

Sistem Keplanetan Yang Pertama Ditemukan Pada

43

Sistem HR8799: Sistem Multiplanet Pertama Yang Ditemukan Dengan Direct Imaging

44

Kappa And b, Ditemukan Tahun 2012

Bintang: • Massa: 2,40 Ms • Jarak: 168,3 th Planet: • Massa: 12,80 M_j • a: 61 au

45

SK ekstrasolar (sampai 06 Desember 2012):

 848 buah planet secara total (yang sudah di

konfirmasi):  488 RV  292 transit  18 pulsar timing  19 microlensing  31 direct imaging

46

SK ekstrasolar (sampai 06 Desember 2012):

 328 planet pada bintang sekelas Matahari (Kelas

Spektrum G)

 317 planet berada dalam 125 buah sistem

multiplanet

 161 planet dalam habitable zone sistem yang

bersangkutan

47

Karakteristik menonjol yang teramati:

 planet-planet raksasa cenderung berada

dekat dengan bintang induknya

 sebagian besar memiliki eksentrisitas orbit

yang besar

48

Kemungkinan besar adalah efek dari bias observasi, karena:

 Planet-planet gas raksasa lebih mudah diamati

dibandingkan planet yang lebih kecil

 Planet yang lebih dekat dengan bintang

induknya dan memiliki periode orbit yang pendek lebih mudah diamati dibandingkan planet yang lebih jauh dan periode lebih

panjang

49

Mengutip dari laporan dari 43 hari pertama misi Kepler:

"imply that small candidate planets with

periods less than 30 days are much more common than large candidate planets with

periods less than 30 days and that the ground-based discoveries are sampling the large-size tail of the size distribution"

50

Penemuan Exoplanet Berdasarkan Tahun Penemuan (Data sampai 07 Juli 2011)

51

Plot Massa vs. Periode Orbit (Data sampai 03 Oktober 2010)

52

53

Hasil: Distribusi Massa Minimum (06 Desember 2012)

54

Hasil: Distribusi Jarak Orbit (06 Desember 2012)

55

Hasil: Minimum-Mass vs Semi-Major Axis (06 Desember 2012)

56

Hasil: Distribusi Periode Orbit (06 Desember 2012)

Hot Jupiter Jupiter-like

57

Hal menarik (untuk bintang normal):

 M terbesar: min. 37,5 M_Jupiter (DH Tau b)  M terkecil: min. 0,28 M_Earth (Gliese 436 c)  e terbesar: 0,970 (HD 20782 b)

 a terbesar: 2 500 AU (WD 0806-661B b)

 a terkecil: 0,006 AU (KOI-961 c & KOI-55 b)  P terpanjang: 730 000 hari (Oph 11 b)

 P terpendek: 0,24 hari (KOI-55 b).

Hasil

58

59

60

55 Cancri (jarak: 41 tc):

 M: 3.5 – 5 M_J [1]

 P: ~ 13 tahun [11.86]  a: 5.5 AU [5.2]

61

62

63

“Didesain khusus untuk

melakukan survey extended solar neighbourhood untuk

mendeteksi dan

mengkarakterisasi ratusan planet terestrial dan yang lebih besar di dalam dan di sekitar habitable zone.”

(Kasting et al, 1993)

Misi Kepler (2009), NASA

Diluncurkan: 07 Maret 2009 Lama misi: min. 3,5 tahun

64

65

Sasaran:

 Mengeksplor struktur dan keragaman sistem keplanetan

melalui:

 Penentuan frekuensi keberadaan planet (terutama terestrial) di dalam /

sekitar habitable zone pada berbagai kelas spektrum bintang

 Penentuan rentang ukuran dan bentuk orbit planet-planet tersebut  Mengestimasi berapa banyak planet yang ada dalam sistem

multi-bintang

 Menentukan rentang ukuran orbit, kecerlangan, ukuran, massa dan

densitas dari planet raksasa periode pendek

 Mengidentifikasi anggota tambahan dari tiap sistem keplanetan yang

telah ditemukan sebelumnya menggunakan teknik yang berbeda

 Penentuan properti bintang yang bisa memiliki planet.

66

Tujuan:

 Planet Hunting:

Mendeteksi keberadaan planet seukuran Bumi yang mengorbit bintang mirip-Matahari

 Stellar Mass:

Mencari batas bawah dan batas atas massa bintang

 Galactic Mapping  Dark Matter

Misi SIM – Space Interferometry Mission (2016-17), NASA/JPL

67

Misi:

 Mempelajari planet di

luar tatasurya kita

dengan berbagai cara:

 Formasi dan evolusi dari

planetary disk

 Jumlah, ukuran, dan

lokasi planet yang cocok untuk mendukung

kehidupan.

68

 Tujuan:

 Mendeteksi keberadaan

planet seukuran Bumi yang mendukung

tumbuhnya kehidupan

 Bintang target:

 300 bintang sekelas

Matahari dalam radius 50 tahun cahaya dari

Matahari.

69

70

71

Exolife:

bentuk kehidupan yang ada di luar Bumi

72

 Diajukan oleh Frank Drake tahun 1961,

dalam sebuah pertemuan di Green Bank (West Virginia), untuk membangun

landasan bagi penelitian SETI sebagai sebuah disiplin ilmu

 Persamaan yang digunakan untuk

mengestimasi potensi jumlah peradaban ekstraterrestrial dalam Bima Sakti

73

 N = jumlah peradaban dalam Bima Sakti dimana komunikasi dengannya dimungkinkan  R* = laju kelahiran bintang pertahun dalam Bima Sakti

 f_p = fraksi bintang tersebut yang memiliki planet

 n_e = rata-rata jumlah planet yang berpotensi mendukung kehidupan untuk bintang yang

memiliki planet

 f_l = fraksi dari faktor di atas yang benar akan menumbuhkan kehidupan pada suatu waktu

 f_i = fraksi dari faktor di atas yang benar akan menumbuhkan kehidupan berintelegesi tinggi

 f_c = fraksi peradaban yang bisa mengembangkan teknologi yang menghasikan sinyal yang bisa

dideteksi ke luar angkasa

 L = jangka waktu peradaban tersebut menghasilkan sinyal yang bisa dideteksi ke angkasa luar.

Persamaan Drake

74

 Berdasarkan pengetahuan kita saat ini, nilai dari

masing-masing parameter:  R* = 7/tahun  f_p = 0,5  n_e = 2  f_l = 0,33  f_i = 0,01  f_c = 0,01  L = 10 000 tahun  N = 7 × 0,5 × 2 × 0,33 × 0,01 × 0,01 × 10 000 = 2,1 Persamaan Drake

75

Dasar pemikiran:

dengan umur alam semesta yang cukup

panjang dan jumlah bintang yang amat banyak, kemungkinan adanya planet yang mendukung kehidupan seperti Bumi mestinya juga banyak.

76

Enrico Fermi tahun 1950 mempertanyakan:

“Mengapa, jika peradaban tinggi

extraterrestrial ada dalam galaksi kita, bukti keberadaan mereka seperti pesawat ruang

angkasa atau probe tidak kita temukan”.

77

 Peradaban berkembang secara eksponensial  Dengan penerbangan antariksa

berkecepatan 1% kecepatan cahaya, seluruh galaksi Bima Sakti dikolonisasi dalam waktu hanya 10 juta tahun

 Usia Bima Sakti sekitar 10 miliar tahun  Kehidupan di Bumi pertama kali muncul

sekitar 4 miliar tahun yang lalu.

78

Where

are

they…???!!!

79

80

Pencarian jejak kehidupan di dalam tata surya dilakukan dengan langkah-langkah:

 Penelitian in-situ, mencari jejak air

 Menentukan limit dari kehidupan dan

pencarian jejak kehidupan di lokasi-lokasi dengan berbagai kondisi/situasi

81

Pencarian jejak kehidupan di luar tata surya dilakukan dengan langkah-langkah:

 Mendeteksi exoplanet

 Mencari planet terrestrial dalam habitable

zone

 Mendeteksi jejak uap air, metana, ozon

lewat spektroskopi

82

 Mengirim pesan ke bintang-bintang yang

diduga memiliki peradaban.

 Memantau radiasi EM pada frekuensi

sekitar 1420 MHz (λ = 21 cm), frekuensi

natural yang kemungkinan besar digunakan oleh ETI.

 SETI@Home: distribusi computing power

untuk mengolah data hasil pengamatan pencarian sinyal artifisial

83

 Disusun oleh Frank Drake, dibantu antara

lain oleh Carl Sagan

 Dikirim pada 16 November 1974 ke globular

cluster M13 yang berjarak 25.000 tahun cahaya

 Menurut Cornell News press release, tujuan 12

November 1999, tujuan sebenarnya dari pengiriman pesan ini adalah untuk

mendemonstrasikan kemampuan instrumen yang baru dipasang, bukan melakukan kontak.

84 000000101010100000000000010100000101000000010010001000100010010110010101010101 010101001001000000000000000000000000000000000000011000000000000000000011010000 000000000000000110100000000000000000010101000000000000000000111110000000000000 000000000000000000011000011100011000011000100000000000001100100001101000110001 100001101011111011111011111011111000000000000000000000000001000000000000000001 000000000000000000000000000010000000000000000011111100000000000001111100000000 000000000000000110000110000111000110001000000010000000001000011010000110001110 011010111110111110111110111110000000000000000000000000010000001100000000010000 000000011000000000000000100000110000000000111111000001100000011111000000000011 000000000000010000000010000000010000010000001100000001000000011000011000000100 000000001100010000110000000000000001100110000000000000110001000011000000000110 000110000001000000010000001000000001000001000000011000000001000100000000110000 000010001000000000100000001000001000000010000000100000001000000000000110000000 001100000000110000000001000111010110000000000010000000100000000000000100000111 110000000000001000010111010010110110000001001110010011111110111000011100000110 111000000000101000001110110010000001010000011111100100000010100000110000001000 001101100000000000000000000000000000000000111000001000000000000001110101000101 010101010011100000000010101010000000000000000101000000000000001111100000000000 000001111111110000000000001110000000111000000000110000000000011000000011010000 000001011000001100110000000110011000010001010000010100010000100010010001001000 100000000100010100010000000000001000010000100000000000010000000001000000000000 00100101000000000001111001111101001111000

85

 Terdiri dari 1679 binary digit (~210 bytes),

dipancarkan pada frekuensi 2380 MHz dengan power 1000 kW

 1679 adalah perkalian dua bilangan prima

23 dan 73

86

The Arecibo Message

87

 Pesan berisi:

1. Bilangan 1 – 10 dalam binary

2. Nomor atom unsur H, C, N, O, P yang menyusun

DNA

3. Formulas dari sugars dan bases dalam nukleotid

DNA

4. Jumlah nukleotid dalam DNA dan struktur heliks

ganda DNA

5. Bentuk manusia dengan ukuran tipikal dan

populasi Bumi

6. Gambaran grafis Tata Surya

7. Gambaran grafis Teleskop Radio Arecibo dengan

dimensi dan piringan antena

88

89

90

91

92

93

To improve life here, to extend

life to there, to find life beyond