Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) telah memungkinkan banyak penemuan, mulai dari galaksi terjauh hingga molekul baru di atmosfer planet , dan minggu lalu para astronom menambahkan penemuan pertama yang mengesankan ke dalam koleksinya: sebuah tata surya bayi. Terletak sekitar 1.300 tahun cahaya jauhnya di Nebula Orion, HOPS-315 adalah sebuah protobintang — bintang muda yang baru saja muncul dari awan debu dan gas kelahirannya.
Tim yang dipimpin oleh Melissa McClure (Observatorium Leiden, Belanda) mengamati sistem bayi tersebut menggunakan JWST dan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dan menemukan gas silikat monoksida (SiO) hangat serta butiran padat yang kaya akan material yang sama. Deteksi ini menunjukkan pembentukan planet awal, di mana gas panas mendingin dan mengembun membentuk mineral silikat yang pada akhirnya akan membentuk planet berbatu — sebuah proses yang terjadi di tata surya kita sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu.
Usia sistem yang masih muda menjadikannya laboratorium utama untuk mempelajari pembentukan planet pada tahap paling awal kehidupan sebuah bintang, karena HOPS-315 masih memiliki waktu satu juta tahun lagi sebelum mencapai puncak Matahari. “Deteksi kami konsisten dengan teori [pembentukan tata surya] yang menyatakan bahwa mineral-mineral ini perlu terkondensasi di dekat protobintang, alih-alih di bagian yang lebih jauh di dalam cakram,” kata McClure.
Tim menggunakan JWST untuk mengambil spektrum inframerah HOPS-315. Molekul yang berbeda menyerap panjang gelombang tertentu berdasarkan sifat kimianya, meninggalkan dip (garis penyerapan) dalam spektrum yang dapat diamati dan dikarakterisasi oleh para astronom.
Spektrum sistem sebelumnya, yang diambil oleh Teleskop Luar Angkasa Spitzer, menunjukkan petunjuk material batuan panas tetapi tidak memiliki resolusi untuk menunjukkan gas SiO, kata McClure. Observasi JWST, yang dipublikasikan di Nature , menunjukkan bahwa garis serapan berasal dari gas SiO hangat dan butiran silikat kristalin yang dekat dengan bintang. Mereka juga menemukan bahwa bidang tengah cakram bersuhu lebih dari 1200K (1.700°F), cukup panas untuk menguapkan batuan silikat. Saat cakram mendingin, material tersebut mengendap menjadi butiran pembentuk planet.\
HOPS-315 juga diorientasikan dengan tepat sehingga cakramnya terlihat melalui semburan yang keluar dari bintang yang baru lahir. Karena bentuk garis serapan bergantung pada seberapa jauh materi penyerap dari bintang, tim tersebut dapat memperkirakan bahwa gas silikon monoksida berputar di dekat cakram — sekitar jarak Bumi mengorbit Matahari (1 satuan astronomi, atau au).
Tim menindaklanjuti dengan observasi ALMA pada panjang gelombang milimeter, mendeteksi lebih banyak gas silikon monoksida di dalam jet, 10 kali lebih jauh. Data tersebut mengonfirmasi bahwa gas silikon monoksida di dalam cakram terletak lebih dekat ke bintang dan bukan bagian dari jet.
HOPS-315, dan cakramnya yang selebar 35 AU, merupakan analogi yang menarik bagi tata surya kita. “Bintang ini sedang dalam proses untuk tumbuh menjadi sebesar Matahari,” kata McClure, “dan cakramnya memiliki massa dan radius yang hampir sama… dengan cakram Matahari pada usia yang sama.”
Sistem ini dapat membantu menyelesaikan perdebatan tentang bagaimana dan di mana planet terestrial terbentuk. Planet-planet ini mungkin terbentuk lebih jauh dari bintang, di mana air cukup dingin untuk berubah menjadi es, atau lebih dekat, di mana gas silikon monoksida berada. Pengamatan HOPS-315 mengonfirmasi bahwa material panas ini memang mengembun dari gas menjadi batuan yang lebih dekat ke bintang.
“Hasil penelitian kami . . . memberikan batasan fisik mengenai seperti apa wilayah di sekitar matahari dalam radius 1 au bagi tata surya kita,” kata McClure, “yang akan memungkinkan orang untuk menguji teori-teori ini.”
McClure berharap untuk terus mempelajari sistem ini guna melihat di mana planet-planet mulai terbentuk. “Kami juga mempelajari protobintang lain seperti HOPS-315 untuk memahami apakah tahap ini benar-benar umum terjadi pada semua cakram protoplanet,” ujar McClure. Lagipula, tata surya kita tidak seperti kebanyakan sistem eksoplanet yang telah kita temukan di tempat lain di Bima Sakti. Studi lebih lanjut juga dapat menentukan seberapa lama fase ini berlangsung di sekitar bintang-bintang lain.
Untuk pertama kalinya, para astronom berhasil menangkap bintang muda yang baru saja mulai membentuk planet-planetnya. Pengamatan HOPS-315 dan sistem lainnya di masa mendatang akan terus mengungkap kisah tersebut.