Webb Temui Kerdil Perang Bermassa Hanya Dua Kali Musytari

Teleskop Angkasa James Webb milik NASA telah mengesan kerdil perang bebas terapung di kawasan pembentukan bintang IC 348 dengan anggaran jisim serendah kira-kira dua kali jisim Musytari. Objek yang amat samar ini berada pada sempadan kabur antara planet dan bintang gagal, lalu menjadi ujian penting terhadap persoalan: sekecil manakah objek boleh terbentuk secara terus dalam kawasan kelahiran bintang? 1

IC 348 terletak kira-kira 1,000 tahun cahaya dari Bumi, dalam kawasan pembentukan bintang Perseus. Pandangan inframerah dekat Webb memperlihatkan bintang muda, debu dan sumber yang masih terlindung, sambil cukup peka untuk mengesan objek subbintang yang sangat sejuk serta malap. 1

Bagaimana Webb mengesan objek yang begitu samar

Pencarian itu menggunakan dua langkah utama:

1. NIRCam, iaitu Kamera Inframerah Dekat Webb, merakam kecerahan dan warna inframerah calon objek. Kerdil perang muda dan sejuk mempunyai corak warna serta kecerahan yang berbeza daripada bintang biasa dan banyak sumber latar belakang.
2. NIRSpec, atau Spektrograf Inframerah Dekat, kemudian mengkaji calon terpilih melalui spektrum. Data ini memberikan petunjuk bahawa atmosfera objek itu sejuk dan muda, di samping membolehkan sifat fizikalnya termasuk jisim dianggarkan.

Kaedah ini melanjutkan penemuan Webb yang terdahulu di IC 348. Carian awal mengenal pasti tiga kerdil perang bebas terapung di bawah lapan kali jisim Musytari, termasuk satu yang dianggarkan sekitar tiga hingga empat kali jisim Musytari. Pemerhatian susulan yang lebih mendalam kini menemukan ahli baharu kelompok itu dengan anggaran menghampiri dua kali jisim Musytari. 3

Mengapa jisim dua Musytari begitu penting

Kerdil perang ialah objek yang tidak cukup besar untuk mengekalkan pelakuran hidrogen — proses yang membekalkan tenaga kepada bintang biasa. Pada jisim lebih tinggi, sesetengahnya boleh meleburkan deuterium untuk suatu tempoh, tetapi ia tidak menjadi bintang yang membakar hidrogen secara berpanjangan.

Objek paling ringan di IC 348 ini setanding dengan planet gergasi dari segi jisim, tetapi ia terapung bebas dan tidak mengorbit bintang. Dalam julat ini, jisim semata-mata tidak menentukan kategorinya. Objek boleh menyerupai planet dari segi jisim, namun digelar kerdil perang atau objek berjisim planet jika asal-usulnya lebih menyerupai pembentukan bintang daripada pembentukan planet dalam cakera mengelilingi bintang.

Inilah yang menjadikan penemuan tersebut mencabar: model biasa pemecahan awan gas sukar menghasilkan objek terpencil yang hanya beberapa kali jisim Musytari. NASA menyatakan penemuan baharu ini mencabar model pembentukan bintang. Pemerhatian itu mengehadkan jisim minimum yang ditemui di IC 348, tetapi belum menentukan dengan pasti laluan pembentukan objek berkenaan. 1

Anggaran jisim bukan ukuran secara terus

Frasa “kira-kira dua kali jisim Musytari” ialah anggaran, bukannya hasil menimbang objek secara langsung. Bagi kerdil perang yang sangat muda, penyelidik menggabungkan ukuran luminositi dan spektrum dengan model evolusi yang meramalkan bagaimana objek menyejuk serta semakin malap mengikut masa. Nilai yang diperoleh bergantung pada andaian tentang umur dan evolusi awalnya.

Justeru, dapatan utama lebih tepat difahami sebagai bukti bahawa IC 348 mengandungi ahli subbintang yang disahkan atau sangat kukuh sokongannya dalam julat jisim yang amat rendah — bukan garis pemisah yang mutlak antara kerdil perang dan planet.

Cakera di sekeliling objek berjisim planet

Dua ahli baharu IC 348, dengan anggaran jisim kira-kira dua dan 10 kali jisim Musytari, menunjukkan lebihan inframerah yang ketara daripada cakera sekelilingnya. Cakera itu mengandungi bahan yang berpotensi menjadi asas pembentukan planet atau bulan.

Implikasinya menarik: ramuan untuk membina planet mungkin wujud di sekeliling objek yang sendiri hampir dalam julat jisim planet. Namun, ini bukan bukti Webb telah melihat planet sedang terbentuk. Lebihan inframerah menandakan bahan cakera, bukan pengimejan langsung planet baharu.

Tapak kelahiran bintang yang dipenuhi jet dan kejutan

Mozek IC 348 bukan sekadar banci kerdil perang. Ia juga menunjukkan bintang muda mengubah persekitarannya menerusi aliran keluar yang menghentam gas dan debu. NASA menonjolkan jet kuat daripada bintang yang baru lahir sebagai antara ciri paling ketara dalam pemandangan tersebut.

Pelanggaraan itu menghasilkan objek Herbig-Haro, iaitu struktur kejutan yang bercahaya apabila aliran keluar bintang melanggar bahan di sekelilingnya. Antara ciri yang kelihatan ialah HH 797 dan HH 211. Keseluruhan imej itu merakam beberapa tahap kelahiran bintang serentak: protobintang yang masih tertanam dalam debu, bintang muda yang mula muncul, aliran keluar, cakera, dan objek subbintang bebas terapung yang paling samar.

Misteri kimia atmosfera

Spektrum beberapa kerdil perang yang sangat rendah jisimnya turut menunjukkan penyerapan yang dikaitkan dengan hidrokarbon alifatik yang belum dikenal pasti. Ciri penyerapan pada 3.4 mikrometer yang serupa pernah dilaporkan dalam medium antara bintang serta atmosfera Zuhal dan Titan. 714

Penyelidik mencadangkan tingkah laku spektrum luar biasa ini mungkin memerlukan kelas baharu bagi sumber berkenaan. Namun, identiti tepat molekul tersebut dan sebarang pengelasan baharu masih belum diputuskan. Buat masa ini, ciri itu ialah petunjuk penting — bukannya jawapan muktamad — tentang kimia dan atmosfera kerdil perang bebas terapung yang paling kecil diketahui. 9

Apa yang diubah oleh IC 348

Webb telah menurunkan had pemerhatian kerdil perang bebas terapung di IC 348 daripada penemuan awal sekitar tiga hingga empat kali jisim Musytari kepada kira-kira dua kali jisim Musytari. Penemuan ini menunjukkan kawasan pembentukan bintang boleh menghasilkan objek dalam julat jisim yang sebelum ini lebih sering dikaitkan dengan planet. Cakera dan spektrum aneh pada objek tersebut pula membuka persoalan baharu tentang cara ia terbentuk dan berevolusi.

Langkah seterusnya bukan sekadar mencari objek yang lebih samar. Ahli astronomi perlu menentukan sama ada objek ini terbentuk melalui keruntuhan terus awan gas, terlontar daripada sistem muda, pemecahan cakera, atau gabungan lebih daripada satu mekanisme.