Metode Kecepatan Radial

Ilustrasi Proxima b yang ditemukan menggunakan metode Kecepatan Radial.
Kredit: ESO/M. Kornmesser

Selamat datang di seri Pencarian Eksoplanet kami! Kali ini, kita akan mempelajari tentang metode lainnya dalam mendeteksi eksoplanet yang juga populer dan banyak digunakan, yaitu Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler).

Upaya pencarian eksoplanet telah memanas dalam satu dekade terakhir! Berkat peningkatan yang berhasil dicapai dalam instrumentasi dan metodologi, (per tanggal 1/12/17) 3.710 eksoplanet ditemukan mengorbit 2.780 sistem bintang, dengan 621 sistem bintang di antaranya menjadi induk lebih dari satu planet. Sayangnya, karena berbagai keterbatasan yang harus dihadapi oleh para astronom, hanya sekitar 30% yang ditemukan menggunakan metode tidak langsung.

Metode tidak langsung yang paling populer dan efektif diterapkan adalah kecepatan radial atau spektroskopi doppler. Metode ini mengandalkan pengamatan spektrum bintang untuk mendeteksi tanda “goyangan” bintang yang disebabkan oleh pengaruh gravitasi dari planet yang mengorbit. Ketika diamati dari Bumi, bintang tampak bergerak mendekat dan menjauh dari pengamat.

Deskripsi

Pada intinya, metode kecepatan radial tidak secara langsung mencari eksistensi planet itu sendiri, namun lebih cenderung ke pengamatan pergerakan bintang. Setelah dianalisis menggunakan spektometer, pergerakan bintang ditentukan melalui pergeseran garis spektrum karena Efek Doppler, yaitu bagaimana cahaya yang berasal dari bintang bergeser ke arah spektrum merah atau biru (redshift/blueshift).

Diagram yang merinci metode kecepatan radial.
Kredit: Observatorium Las Cumbres

Pergeseran merupakan indikasi bahwa bintang bergerak menjauh (redshift) atau mendekat (blueshift) ke Bumi. Berdasarkan pergeseran spektrum bintang, para astronom dapat menentukan keberadaan sebuah planet atau sistem planet. Pergerakan bintang di sekitar pusat massa jauh lebih lambat daripada pergerakan planet dan dapat diukur menggunakan spektrometer.

Hingga tahun 2012, kecepatan radial adalah metode yang paling efektif untuk mendeteksi eksoplanet, sebelum digantikan oleh metode transit fotometri, yang mendeteksi planet dengan mengukur penurunan skala kecerahan cahaya bintang. Meskipun demikian, kecepatan radial tetap merupakan metode yang paling efektif dan sering dikombinasikan dengan metode transit untuk mengkonfirmasi kandidat eksoplanet, sekaligus menentukan ukuran dan massanya.

Keunggulan

Kecepatan radial adalah metode pertama yang berhasil mendeteksi eksoplanet terdekat dengan tingkat keberhasilan paling tinggi, seperti Proxima b dan tujuh planet TRAPPIST-1, dan eksoplanet jauh COROT-7c. Salah satu keunggulan yang paling menonjol adalah pengukuran langsung terhadap eksentrisitas orbit planet.

Sinyal kecepatan radial dapat diandalkan pada jarak yang jauh, namun membutuhkan spektrum signal-to-noise-ratio yang tinggi untuk mencapai presisi akurasi. Signal-to-noise-ratio adalah perbandingan antara kekuatan sinyal dengan kekuatan derau. Dengan demikian, metode kecepatan radial kerap diterapkan untuk mencari planet bermassa rendah yang mengorbit bintang dalam kisaran jarak 160 tahun cahaya dari Bumi, meskipun masih mampu mendeteksi planet raksasa gas yang terletak beberapa ribu tahun cahaya.

Ilustrasi bintang dan planet yang mengorbit pusat massa atau barycenter, jika dilihat dari atas.

Jika dilihat dari samping, barycenter yang tidak berada tepat di pusat bintang yang membuat bintang tampak goyang.

Metode kecepatan radial mampu mendeteksi planet di sekitar bintang bermassa rendah, seperti bintang tipe M (katai merah). Selain karena lebih terpengaruh oleh tarikan gaya gravitasi planet, bintang bermassa rendah berputar lebih lambat sehingga cenderung mengarah ke garis spektrum yang lebih jelas. Oleh karena itu metode kecepatan radial unggul karena dua alasan.

Pertama, populasi bintang katai merah mencakup 70% dari total bintang di galaksi spiral dan 90% di galaksi elips. Kedua, studi terbaru menunjukkan bintang katai merah merupakan sistem yang ideal untuk menemukan planet terestrial (berbatu). Metode kecepatan radial sangat sesuai untuk mempelajari planet mirip Bumi yang mengorbit di zona layak huni bintang katai merah.

Keunggulan metode kecepatan radial lainnya adalah mampu menempatkan batasan akurat terhadap massa planet. Meskipun kecepatan radial sebuah bintang hanya menghasilkan perkiraan massa minimum planet, namun setelah garis spektrum planet dipisahkan dari garis spektrum bintang induk, kecepatan radial planet dapat diukur.

Dari situ para astronom dapat menentukan inklinasi orbit planet yang mengarah ke pengukuran massa aktual planet. Teknik ini juga menyediakan data tentang komposisi planet dan menyingkirkan sinyal positif palsu. Masalahnya deteksi semacam itu hanya dapat dilakukan jika planet mengorbit bintang yang relatif terang dan planet memantulkan cahaya dari bintang induk dalam jumlah yang cukup besar.

Jumlah penemuan eksoplanet setiap tahun sampai September 2014, dengan warna menunjukkan metode deteksi, kecepatan radial (biru), transit (hijau), periode waktu (kuning), pencitraan langsung (merah), pelensaan mikro (oranye).
Kredit: domain publik

Pada bulan Desember 2017, 662 eksoplanet (termasuk yang masih kandidat maupun yang telah dikonfirmasi) ditemukan menggunakan metode kecepatan radial saja, hampir 30% dari total seluruh eksoplanet yang telah ditemukan.

Kelemahan

Metode kecepatan radial juga memiliki beberapa kelemahan. Sebagai permulaan, tidak mungkin mengamati ratusan hingga ribuan bintang sekaligus menggunakan satu teleskop, seperti yang biasa dilakukan dengan metode transit fotometri. Selain itu, spektroskopi Doppler juga kadang-kadang menghasilkan sinyal palsu, terutama pada sistem multi planet dan multi bintang.

Sinyal palsu sering disebabkan oleh medan magnet, aktivitas bintang induk dan data yang kurang memadai karena bintang tidak diamati secara terus menerus. Namun, kelemahan ini dapat diatasi dengan mengkombinasikan kecepatan radial dengan metode lain. Yang paling efektif dan sering digunakan adalah metode transit fotometri.

Meskipun pemisahan garis spektral bintang dan planet mengarah ke pengukuran massa planet, teknik ini hanya dapat dilakukan jika planet mengorbit bintang yang relatif terang dan planet memantulkan cahaya dari bintang induk dalam jumlah yang cukup besar. Selain itu, planet dengan inklinasi orbit yang sangat miring (relatif terhadap sudut pandang para pengamat di Bumi) hanya menghasilkan goyangan lemah yang lebih sulit dideteksi.

Pada akhirnya, metode kecepatan radial paling efektif saat dipasangkan dengan metode transit fotometri, khususnya untuk mengkonfirmasi deteksi eksoplanet yang ditemukan metode transit fotometri. Kombinasi kedua metode tak sekadar mengkonfirmasi kandidat eksoplanet, namun juga perkiraan radius dan massanya secara akurat.

Survei Kecepatan Radial

Observatorium yang menerapkan metode kecepatan radial adalah:

1. Observatorium La Silla di Chili. Fasilitas milik ESO melakukan survei pencarian eksoplanet menggunakan teleskop berukuran 3,6 meter, yang dilengkapi dengan spektrometer High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS).
2. Observatorium Keck di Mauna Kei, Hawaii, yang mengandalkan spektrometer High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES).
3. Observatorium Haute-Provence di Prancis Selatan, yang menggunakan spektrograf ELODIE untuk mendeteksi 51 Pegasi b, "Jupiter" pertama yang ditemukan mengorbit bintang deret utama pada tahun 1995. Pada tahun 2006, ELODIE telah dinonaktifkan dan diganti oleh Spektrograf SOPHIE.

Survei pencarian eksoplanet yang mengandalkan metode kecepatan radial akan memperoleh bantuan berharga dari Teleskop Antariksa James Webb NASA yang dijadwalkan meluncur pada tahun 2021. Setelah beroperasi, Webb akan melakukan pengukuran Doppler terhadap bintang menggunakan instrumen inframerahnya yang sangat canggih untuk mendeteksi kandidat eksoplanet. Beberapa di antaranya kemudian akan dikonfirmasikan menggunakan Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) NASA, yang akan diluncurkan pada tahun 2018.

Berkat perbaikan dalam hal teknologi dan metodologi, penemuan eksoplanet telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir. Dengan ribuan eksoplanet yang telah dikonfirmasi, fokusnya secara bertahap beralih ke karakterisasi planet untuk mempelajari atmosfer dan kondisi permukaan secara lebih mendetail.

Ditulis oleh: Matt Williams, www.universetoday.com

Sumber: WHAT IS THE RADIAL VELOCITY METHOD?

Artikel terkait: Metode Transit

#terimakasihgoogle

Bagikan Artikel ini