Sebuah studi baru mematahkan teori lama yang menyatakan bahwa planet-planet berbatu yang sedang tumbuh pasti kehilangan atmosfernya apabila menabrak objek besar di antariksa. Sebaliknya, tabrakan-tabrakan semacam itu justru sering membantu proplanet mempertahankan atmosfer purba mereka yang kaya hidrogen. Temuan ini juga memberi penjelasan baru tentang mengapa dua jenis planet di luar tata surya, yakni super-Bumi dan sub-Neptunus, sama-sama melimpah di alam semesta.

Studi tersebut dikerjakan oleh Jun Korenaga dari Universitas Yale bersama Darius Modirrousta-Galian, mantan peneliti pascadoktoral Yale yang kini berada di Universitas Jiao Tong Shanghai, dan diterbitkan dalam jurnal Nature Astronomy. Korenaga yang merupakan profesor ilmu Bumi dan planet di Yale mengatakan tabrakan raksasa adalah bagian penting dari cara planet berbatu tumbuh. Planet seukuran Bumi atau lebih besar diperkirakan terbentuk lewat tabrakan antara benda-benda planet yang lebih kecil. Tabrakan-tabrakan itu menambah massa sekaligus melepaskan panas yang sangat besar, yang dapat mendorong lepasnya atmosfer. Pengaruhnya terhadap atmosfer planet bergantung pada cara kedua perubahan itu bekerja bersama.

Selama beberapa tahun terakhir, Modirrousta-Galian dan Korenaga telah menulis serangkaian makalah yang meletakkan dasar tentang bagaimana pelepasan atmosfer dan bagian dalam planet seharusnya berevolusi bersama. Studi terbaru ini menyatukan kajian-kajian tersebut untuk memahami apa yang terjadi setelah sebuah tabrakan raksasa. Hasilnya menunjukkan bahwa setelah tabrakan, tambahan massa meningkatkan energi ikat gravitasi planet dan cengkeramannya terhadap atmosfer. Adapun panas tambahan yang dihasilkan, hanya sebagian energi dari benturan yang menaikkan suhu di mantel planet, yakni lapisan tengah berbatu, sementara inti logam dari objek yang menabrak tetap sangat panas jauh di bagian dalam.

Dengan demikian, tabrakan besar tidak selalu berarti kehilangan atmosfer. Sub-Neptunus yang besar dengan atmosfer tebal justru lebih mungkin muncul lewat tabrakan, sementara super-Bumi kecil yang tidak mengalami tabrakan raksasa semacam itu cenderung kehilangan atmosfernya setelah terpapar radiasi bintang dalam waktu lama. Korenaga menyebut temuan ini membalikkan pandangan kanonik yang telah bertahan puluhan tahun, bahwa tabrakan raksasa hampir selalu berujung pada kehilangan atmosfer secara menyeluruh. Sebaliknya, tabrakan-tabrakan itu dapat memainkan peran penting dalam pembentukan sub-Neptunus.

Temuan ini juga menjawab teka-teki mendasar dalam ilmu eksoplanet. Super-Bumi adalah eksoplanet yang sedikit lebih besar dari Bumi dan tidak memiliki atmosfer purba, sedangkan sub-Neptunus berukuran lebih besar dan masih memiliki atmosfer purba. Mengapa alam menghasilkan kedua jenis itu dalam jumlah yang begitu melimpah selama ini menjadi pertanyaan penting. Modirrousta-Galian yang menjadi penulis utama studi ini mengatakan timnya berangkat dengan tujuan mencari penjelasan atas teka-teki tersebut, dan jawabannya ternyata terletak pada sejarah tabrakan masing-masing planet.

Bagi tata surya sendiri, temuan ini memberi sudut pandang baru tentang masa awal Bumi dan planet-planet berbatu lainnya. Setiap planet berbatu tumbuh lewat rangkaian tabrakan, dan nasib atmosfernya ditentukan bukan hanya oleh seberapa besar panas yang dilepaskan, tetapi juga oleh seberapa besar massa yang bertambah dan seberapa kuat gravitasi yang dihasilkan. Pemahaman ini membantu para ilmuwan menafsirkan pengamatan terhadap eksoplanet-eksoplanet jauh, termasuk mengapa sebagian planet berhasil mempertahankan atmosfer tebalnya, sementara yang lain kehilangan atmosfer dan menjadi dunia berbatu yang gersang.

Apa poin penting dari berita ini?

• Studi baru dalam jurnal Nature Astronomy mematahkan teori lama bahwa planet berbatu yang sedang tumbuh pasti kehilangan atmosfernya saat menabrak objek besar di antariksa.
• Penelitian oleh Jun Korenaga dari Yale dan Darius Modirrousta-Galian ini menemukan tabrakan justru sering membantu proplanet mempertahankan atmosfer purba yang kaya hidrogen.
• Tambahan massa dari tabrakan meningkatkan energi ikat gravitasi planet dan cengkeramannya terhadap atmosfer, sementara hanya sebagian panas benturan yang menaikkan suhu mantel planet.
• Sub-Neptunus besar ber atmosfer tebal lebih mungkin muncul lewat tabrakan, sedangkan super-Bumi kecil yang tidak mengalami tabrakan raksasa cenderung kehilangan atmosfernya akibat radiasi bintang jangka panjang.
• Temuan ini membalikkan pandangan kanonik puluhan tahun dan memberi penjelasan baru tentang melimpahnya super-Bumi dan sub-Neptunus di alam semesta.