Mengapa sebagian planet gas raksasa mengorbit sangat dekat dengan bintangnya, padahal planet seperti itu diduga lahir jauh di luar? Sebuah teori baru yang dibangun dari simulasi canggih menawarkan jawaban: gelombang kejut supersonik di atmosfer planet itu sendiri yang perlahan-lahan menarik orbitnya ke dalam, hingga membentuk pola-pola aneh yang diamati para astronom selama ini.

Penelitian yang dipimpin J. J. Zanazzi dari Pennsylvania State University ini dipublikasikan di jurnal The Astrophysical Journal. Timnya memakai simulasi terperinci yang dijalankan Morgan MacLeod dari Harvard University, untuk menelusuri nasib planet gas raksasa yang bermigrasi dari orbit jauh yang sangat lonjong menuju orbit dekat yang melingkar.

Planet-planet yang dimaksud dikenal sebagai Jupiter panas: massanya sebanding dengan Jupiter, planet terbesar di Tata Surya, tetapi mengorbit sangat dekat dengan bintang induknya sehingga suhunya bisa melampaui 2.000 Kelvin. Periode orbitnya sangat singkat, dan menariknya, periode itu mengelompok di jendela tiga sampai lima hari, sebuah fenomena yang disebut timbunan Jupiter panas.

Pola serupa tampak pada planet gas yang lebih kecil, bermassa antara Neptunus dan Saturnus, yang mengelompok pada periode tertentu dan disebut punggung Neptunus. Namun planet-planet seukuran itu justru sangat langka pada orbit yang lebih pendek dari sekitar tiga hari, sehingga terbentuk kesenjangan observasi yang tajam dan dijuluki gurun Neptunus.

Penjelasan yang selama ini diterima menyebutkan bahwa planet-planet itu memulai hidupnya pada orbit yang sangat lonjong dan jauh dari bintangnya. Ketika gaya pasang surut bintang menguras energi orbitnya, planet itu bermigrasi ke dalam hingga akhirnya menetap pada orbit melingkar dengan periode yang mirip satu sama lain. Masalahnya, agar bentuk orbit berubah seperti itu, planet itu sendiri harus menyerap energi orbit dalam jumlah raksasa, dan selama ini belum jelas proses apa yang menyerapnya.

Simulasi MacLeod memberi jawabannya. Pada titik terdekat orbit lonjongnya, planet mengalami gaya gravitasi bintang yang sangat kuat, sehingga muncul osilasi skala planet yang disebut gelombang gravitasi permukaan, yang merambat mendatar di permukaan planet. Di atmosfer luar yang tipis, tempat kerapatannya turun tajam, gelombang itu bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan suara di dalam gas. Pada titik itu, aliran supersonik pecah menjadi gelombang kejut, yaitu lompatan tekanan dan kerapatan yang tiba-tiba, yang dengan cepat mengubah energi gelombang menjadi panas.

Karena energi itu diambil dari orbit planet, setiap kejut mengubah jalur orbitnya menjadi bentuk yang lebih rendah energi dan lebih melingkar. Dalam beberapa kasus, panas itu juga memberi cukup energi bagi gas untuk lepas dari planet. Nasib akhir planet bergantung pada seberapa dalam kejut itu muncul di atmosfernya. Kejut dangkal mampu mempertahankan massa raksasa gas, sedangkan kejut dalam meniup selubung gas planet hingga tersisa inti planet raksasa yang gersang.

Skenario kejut dalam itu bisa menjelaskan keberadaan planet berbatu padat bermassa puluhan kali massa Bumi yang sering ditemukan pada jarak orbit sangat kecil dari bintangnya. Tim peneliti juga memperkirakan proses peniupan selubung itu seharusnya bisa diamati sebagai peristiwa bercahaya, dan mereka kini sedang menghitung teleskop apa yang mampu mendeteksinya.

Model ini juga menjelaskan gurun Neptunus. Biasanya, orbit planet meregang secara perlahan: begitu planet cukup dekat dengan bintangnya, kejut gelombang gravitasi permukaan mulai memelintirkan orbitnya menjadi melingkar dan menghentikan peregangan lebih lanjut. Hasilnya, Jupiter panas maupun planet gas kecil sama-sama stabil pada jarak aman, sehingga terbentuk timbunan Jupiter panas dan punggung Neptunus.

Namun bila orbit planet meregang dengan cepat, planet bisa terjerembab terlalu dekat dengan bintangnya sebelum kejut sempat bekerja, sehingga gasnya terkikis pada setiap lintasan. Hal itu memberi penjelasan baru bagi gurun Neptunus, yang tepinya sangat cocok dengan jarak tempat pengikisan itu dimulai. Planet langka yang ditemukan di dalam gurun itu pun cenderung sangat padat, sesuai dugaan bahwa mereka telah kehilangan banyak massa selama migrasinya. Tim menambahkan, Jupiter panas pada orbit yang lebih dekat masih bisa terseret lebih ke dalam kemudian oleh pasang surut yang dibangkitkan pada bintang induknya, dan apakah prediksi model ini bertahan masih menunggu observasi lebih lanjut.

Apa poin penting dari berita ini?

• Penelitian J. J. Zanazzi di The Astrophysical Journal memakai simulasi Morgan MacLeod untuk menjelaskan migrasi Jupiter panas dan planet seukuran Neptunus dari orbit lonjong yang jauh menuju orbit dekat yang melingkar.
• Jupiter panas mengelompok pada periode orbit tiga sampai lima hari dan suhunya bisa melampaui 2.000 Kelvin, sementara planet seukuran Neptunus langka pada orbit di bawah tiga hari, membentuk gurun Neptunus.
• Gelombang gravitasi permukaan yang berubah menjadi gelombang kejut supersonik di atmosfer tipis mengubah energi orbit menjadi panas, sehingga orbit menyusut dan membulat.
• Kejut dangkal mempertahankan massa planet gas, sedangkan kejut dalam meniup selubung gasnya hingga tersisa inti padat.
• Peregangan orbit yang cepat menjelaskan gurun Neptunus, dan tim memperkirakan peristiwa peniupan selubung itu seharusnya bisa diamati teleskop.