Webb Temukan Katai Cokelat Bermassa Rekor di IC 348

Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA menemukan katai cokelat di wilayah pembentukan bintang muda IC 348 yang perkiraan massanya turun hingga sekitar dua kali massa Jupiter. Objek-objek bebas ini tidak mengorbit bintang, dan berada di wilayah yang mengaburkan batas antara planet raksasa dan bintang gagal. Karena itu, temuan tersebut menjadi uji penting atas seberapa kecil benda yang dapat terbentuk langsung di sebuah persemaian bintang. 1

Mengapa temuan dua massa Jupiter penting

Katai cokelat adalah benda yang massanya tidak cukup untuk mempertahankan fusi hidrogen—sumber energi bintang biasa—di intinya. Pada massa yang lebih tinggi, sebagian katai cokelat dapat membakar deuterium untuk sementara waktu, tetapi mereka tidak berkembang menjadi bintang yang membakar hidrogen dalam jangka panjang.

Objek IC 348 yang paling ringan massanya sebanding dengan planet raksasa. Namun, karena melayang bebas alih-alih mengorbit sebuah bintang, massa saja tidak cukup untuk menentukan sebutannya. Benda bermassa mirip planet dapat disebut katai cokelat atau objek bermassa planet bila asal-usulnya diduga lebih menyerupai pembentukan bintang dari awan gas, bukan pembentukan planet di dalam cakram di sekitar bintang.

Membentuk benda terisolasi yang hanya beberapa kali massa Jupiter sulit dijelaskan oleh model fragmentasi awan konvensional. NASA menyebut temuan bermassa rendah ini sebagai tantangan bagi model pembentukan bintang. Pengamatan tersebut membatasi massa terendah yang telah ditemukan di IC 348, tetapi belum dapat menentukan jalur pembentukannya. 1

Cara Webb menemukan objek yang amat redup ini

IC 348 berada sekitar 1.000 tahun cahaya dari Bumi, di wilayah pembentukan bintang Perseus. Pandangan inframerah-dekat Webb menangkap bintang muda, debu, dan sumber yang terselubung, sekaligus cukup peka untuk mendeteksi objek subbintang yang sangat dingin dan redup. 1

Pencariannya dilakukan dalam dua tahap:

1. Pencitraan NIRCam mengukur kecerlangan dan warna inframerah kandidat. Katai cokelat muda yang dingin memiliki pola berbeda dari bintang biasa maupun banyak sumber latar belakang.
2. Spektroskopi NIRSpec kemudian memeriksa kandidat terpilih secara lebih terperinci. Spektrum memberi bukti adanya atmosfer subbintang yang dingin dan muda, serta membantu peneliti memperkirakan sifat fisiknya, termasuk massa.

Metode ini melanjutkan hasil Webb sebelumnya di IC 348. Pencarian awal menemukan tiga katai cokelat bebas dengan massa di bawah delapan kali massa Jupiter; yang terkecil diperkirakan sekitar tiga hingga empat kali massa Jupiter. Pengamatan lanjutan yang lebih dalam kini menemukan anggota baru dengan perkiraan massa mendekati dua kali massa Jupiter. 3

Angka massanya tetap memiliki ketidakpastian

Istilah “sekitar dua massa Jupiter” adalah hasil inferensi, bukan penimbangan langsung. Untuk katai cokelat yang sangat muda, astronom menggabungkan data luminositas dan spektrum dengan model evolusi yang memprediksi bagaimana objek mendingin dan meredup seiring waktu. Karena itu, perkiraan massanya bergantung pada asumsi tentang usia dan evolusi awal objek tersebut.

Jadi, inti hasil ini adalah bukti bahwa IC 348 memiliki anggota subbintang yang telah dikonfirmasi atau sangat didukung pada rentang massa yang ekstrem rendah—bukan garis batas yang benar-benar tegas antara katai cokelat dan planet.

Cakram di sekeliling objek bermassa planet

Dua anggota baru IC 348, yang massanya diperkirakan sekitar dua dan 10 kali massa Jupiter, memperlihatkan kelebihan emisi inframerah yang berkaitan dengan cakram di sekeliling objek tersebut. Cakram ini merupakan material yang secara potensial dapat menjadi tempat terbentuknya planet atau bulan.

Implikasinya menarik: bahan-bahan pembentuk planet mungkin tersedia di sekitar benda yang massanya sendiri sudah mendekati massa planet. Namun, ini bukan bukti bahwa Webb telah melihat planet sedang terbentuk di sana. Kelebihan inframerah menelusuri material cakram; belum ada planet yang sedang terbentuk dipotret langsung pada sistem tersebut.

Persemaian bintang yang dipenuhi jet dan gelombang kejut

Mosaik IC 348 bukan hanya sensus katai cokelat. Citra itu juga memperlihatkan bintang-bintang muda yang membentuk ulang lingkungannya melalui aliran keluar atau outflow yang menghantam gas dan debu. NASA menyoroti jet kuat dari bintang-bintang baru lahir sebagai salah satu fitur menonjol dalam pemandangan ini.

Tumbukan tersebut menghasilkan objek Herbig-Haro, yakni struktur kejut bercahaya ketika aliran dari bintang muda menghantam material di sekitarnya. Tampilan yang lebih luas mencakup fitur seperti HH 797 dan HH 211. Hasilnya adalah potret beberapa tahap kelahiran bintang sekaligus: protobintang yang masih terselubung, bintang muda yang mulai muncul, aliran keluar, cakram, hingga objek subbintang bebas yang paling redup.

Misteri kimia atmosfer di ujung bawah rentang massa

Spektrum sejumlah katai cokelat bermassa sangat rendah juga menunjukkan penyerapan yang berkaitan dengan hidrokarbon alifatik tak dikenal. Penyerapan pada panjang gelombang 3,4 mikrometer yang serupa pernah dilaporkan di medium antarbintang serta di atmosfer Saturnus dan Titan. 714

Para peneliti mengusulkan bahwa perilaku spektral yang tidak biasa itu dapat mendorong pembentukan kelas baru bagi sumber-sumber tersebut. Namun, identitas tepat molekulnya maupun klasifikasi baru itu masih belum pasti. Fitur tersebut adalah petunjuk, bukan jawaban akhir, mengenai kimia dan atmosfer katai cokelat bebas terkecil yang diketahui. 9

Apa yang berubah berkat IC 348

Webb telah menggeser batas bawah massa katai cokelat bebas yang teramati di IC 348: dari hasil sebelumnya sekitar tiga hingga empat massa Jupiter menjadi sekitar dua massa Jupiter. Temuan ini menunjukkan bahwa wilayah pembentukan bintang dapat menghasilkan benda pada rentang massa yang dahulu lebih sering dikaitkan dengan planet. Cakram dan spektrum yang tidak biasa pada objek-objek tersebut sekaligus memunculkan pertanyaan baru tentang cara mereka terbentuk dan berevolusi.

Tantangan berikutnya bukan sekadar menemukan objek yang lebih redup. Astronom perlu menentukan apakah benda-benda ini lahir lewat keruntuhan langsung awan gas, terlempar dari sistem muda yang dinamis, terbentuk akibat fragmentasi cakram, atau melalui lebih dari satu jalur.