Benda-benda Mini di Balik Neptunus Ini Mungkin Masih Menyimpan Rekam Jejak Kelahiran Tata Surya

Benda-benda terkecil yang diketahui di luar orbit Neptunus mulai menggoyahkan asumsi lama tentang Sabuk Kuiper. Selama ini, tumbukan antarbenda diduga telah menghancurkan banyak objek menjadi serpihan kecil yang melimpah sekaligus berulang kali memperbarui permukaannya.

Namun, survei gabungan Teleskop Luar Angkasa Hubble dan James Webb justru menemukan lebih sedikit objek trans-Neptunus (TNO) yang amat redup daripada yang diperkirakan. Warna benda-benda kecil itu pun mirip dengan anggota yang lebih besar dalam kelompok orbitnya. Kombinasi ini mengisyaratkan bahwa objek mini tersebut mungkin masih menyimpan bukti tentang proses pembentukan planetesimal—cikal bakal planet—di piringan luar Tata Surya purba. 112

Apa yang ditemukan Webb dan Hubble?

Kamera inframerah dekat NIRCam milik Webb mendeteksi 27 TNO baru dalam area langit sekitar 0,05 derajat persegi. Semua objek itu diperkirakan berukuran kurang dari sekitar 40 kilometer, dengan salah satunya berdiameter kira-kira 10 kilometer. Hubble kemudian berhasil mengamati kembali 13 objek tersebut pada cahaya tampak, sehingga pengukuran gabungan mencakup cahaya tampak hingga inframerah dekat. 112

Dari sampel Webb, peneliti memperoleh kemiringan fungsi luminositas pada ujung objek redup sekitar 0,29. Artinya, jumlah TNO memang bertambah saat objek makin redup—dan umumnya makin kecil—tetapi kenaikannya jauh lebih lambat daripada perkiraan jika populasi objek besar diekstrapolasikan begitu saja. Dengan kata lain, survei ini menemukan lebih sedikit benda kecil daripada prediksi sejumlah skenario pembentukan planet dan evolusi Sabuk Kuiper. 12

Mengapa kekurangan benda kecil menjadi penting?

Jika Sabuk Kuiper selama miliaran tahun mengalami rangkaian tumbukan yang sangat aktif, proses itu semestinya menghasilkan banyak fragmen kecil. Sebaran objek redup yang landai tidak otomatis menunjuk satu penjelasan tunggal, tetapi membuat gambaran paling sederhana—bahwa TNO kecil saat ini terutama adalah sisa hasil penghancuran benda besar—menjadi kurang meyakinkan. 12

Kemungkinan yang terbuka antara lain:

• erosi akibat tumbukan mungkin kurang efisien atau berlangsung lebih singkat daripada asumsi sejumlah model;
• TNO kecil yang kini dapat diamati mungkin bukan terutama pecahan tabrakan;
• jumlah mereka dapat mempertahankan jejak proses awal ketika material padat berkumpul menjadi planetesimal di Tata Surya muda. 12

Implikasinya, perhatian tidak cukup hanya diarahkan pada tumbukan setelah Tata Surya terbentuk. Model yang berhasil juga perlu menjelaskan kondisi awal pembentukan planetesimal, termasuk mengapa objek terkecil dalam sampel dalam ini relatif langka.

Populasi "dingin" dan "panas" ternyata serupa

TNO biasanya dikelompokkan berdasarkan karakter orbitnya. Objek yang disebut dinamis dingin umumnya berada pada orbit yang relatif stabil, hampir melingkar, dan berinklinasi rendah. Sebaliknya, objek dinamis panas memiliki orbit yang lebih terganggu atau tersebar, yang berkaitan dengan evolusi dinamis Tata Surya di masa lalu.

Meski riwayat orbit kedua kelompok itu berbeda, survei menemukan distribusi ukuran objek kecil yang serupa pada populasi dingin dan panas. Hasil ini tidak otomatis diharapkan apabila keduanya terbentuk dalam lingkungan yang sangat berbeda lalu mengalami riwayat tumbukan yang juga sangat berbeda. Salah satu tafsirnya, pembentukan planetesimal menghasilkan spektrum ukuran benda kecil yang secara luas mirip di berbagai wilayah piringan purba. 112

Warna permukaan tampaknya tidak sepenuhnya "di-reset"

Pengamatan ulang oleh Hubble memungkinkan tim membandingkan warna cahaya tampak dan inframerah dekat dari 13 objek. Alih-alih menunjukkan warna yang sangat beragam atau berubah secara sistematis akibat tumbukan, TNO kecil ini mengikuti hubungan warna yang bergantung pada populasinya—pola yang juga terlihat pada objek yang lebih besar. 113

Temuan tersebut konsisten dengan dua kemungkinan yang dapat terjadi bersamaan: tumbukan yang cukup kuat untuk mengubah seluruh permukaan mungkin lebih jarang daripada dugaan sebelumnya, atau tumbukan tidak seefektif yang diperkirakan dalam menghapus material yang membentuk ciri warna permukaan. 113

Hal ini sangat berarti bagi objek yang orbitnya pernah tersebar. Interaksi gravitasi dapat memindahkan orbit suatu benda secara besar-besaran, tetapi hubungan warna yang masih terjaga menunjukkan perpindahan orbit tidak selalu menghapus rekam jejak komposisi permukaannya. Jadi, baik TNO yang tetap di orbit stabil maupun yang telah mengalami gangguan dinamis mungkin masih menyimpan petunjuk tentang lingkungan kelahirannya di Tata Surya bagian luar. 113

Peran dua peneliti doktoral

Dua peneliti PhD memimpin analisis yang saling melengkapi. Anastasia N. Morgan dari Northern Arizona University memimpin studi yang menggabungkan citra Webb dan Hubble untuk mengkarakterisasi warna dari cahaya tampak hingga inframerah dekat serta permukaan TNO kecil. Marielle R. Eduardo dari University of Victoria memimpin analisis fungsi luminositas, yakni distribusi jumlah objek berdasarkan kecerlangannya, yang menghasilkan kemiringan dangkal pada populasi objek redup. 1213

Kedua teleskop memberi kekuatan yang berbeda: Webb mampu menembus hingga deteksi inframerah yang sangat redup, sedangkan Hubble menambahkan pengukuran cahaya tampak untuk sebagian objek yang sama. 112

Batasan survei ini

Ini merupakan survei terdalam untuk TNO, tetapi belum merupakan sensus lengkap Tata Surya luar. Kesimpulannya masih dibatasi oleh 27 deteksi Webb, 13 pengamatan ulang Hubble, serta cakupan langit yang hanya sekitar 0,05 derajat persegi. Efek seleksi dalam deteksi dan pengamatan ulang, lintasan orbit yang masih pendek, serta ketidakpastian saat mengubah kecerlangan menjadi diameter—karena harus mengasumsikan daya pantul permukaan—juga membatasi sejauh mana hasilnya dapat digeneralisasi. 112

Karena itu, penelitian ini belum dapat menetapkan distribusi ukuran TNO untuk seluruh Tata Surya secara definitif maupun memilih satu-satunya mekanisme pembentukan planetesimal. Rentang ukuran sekitar 10–40 kilometer juga hanya mewakili satu bagian kecil dari populasi TNO yang jauh lebih luas. 112

Fosil dari piringan protoplanet purba

Nilai utama studi ini adalah objek yang sebelumnya banyak dipahami lewat perkiraan kini mulai memberikan bukti pengamatan langsung. Jumlah, orbit, dan warna mereka bersama-sama dapat membatasi model tentang bagaimana piringan protoplanet di bagian luar membentuk planetesimal—serta seberapa besar tumbukan dan migrasi planet kemudian mengubahnya. 112

Survei gabungan yang lebih luas dapat menguji apakah kelangkaan benda kecil dan hubungan warna yang terjaga itu juga muncul di wilayah lain Sabuk Kuiper. Jika pola tersebut berulang, TNO mini bisa menjadi fosil fisik yang sangat tahan lama dari masa paling awal Tata Surya. 112