KATAI PUTIH DENGAN DUA CINCIN GAS

Banyak sistem planet hidup lebih lama daripada bintangnya. Ketika bintang itu menjadi katai putih — sisa padat yang ditinggalkannya — cakram-cakram debu dapat terbentuk di sekitarnya, dan puing planet yang jatuh ke atasnya meninggalkan jejak kimia di atmosfernya. Beberapa cakram ini juga memuat gas. Gas itu berpendar pada panjang gelombang yang tepat, paling sering dalam tiga serangkai garis inframerah dari kalsium. Pada ke-21 cakram gas yang dikenal hingga kini, setiap garis memiliki bentuk yang sama: dua puncak.

Mengapa cincin yang berputar menggambar dua puncak

Cakram gas yang dilihat dari sudut miring memiliki satu sisi yang mendekati kita dan sisi lain yang menjauh. Efek Doppler menggeser cahaya dari sisi yang mendekat ke panjang gelombang yang sedikit lebih pendek, dan cahaya dari sisi yang menjauh ke panjang gelombang yang lebih panjang. Setiap garis terbelah menjadi dua puncak, yang makin berjauhan ketika gas mengorbit lebih cepat — dan makin dekat ke bintang, gas mengorbit makin cepat, sesuai tuntutan hukum Kepler.

Cakram kedua puluh dua

Nicola Pietro Gentile Fusillo, dari Universitas Trieste dan Observatorium Astronomi Trieste milik INAF, serta rekan-rekan dari Warwick, Valparaíso, London, dan Kiel memperhatikan bahwa katai putih WD J1328−1450 memancarkan cahaya inframerah lebih banyak daripada yang semestinya dipancarkan bintang telanjang: tanda adanya debu hangat. Mereka mengamatinya dengan spektrograf X-shooter pada Very Large Telescope milik European Southern Observatory, pada 2021 dan sekali lagi pada 2023.

Bintang itu memiliki 0,47 kali massa Matahari, yang dipadatkan dalam sebuah bola berjari-jari 1,5% jari-jari Matahari. Kalsium, magnesium, dan silikon di atmosfernya menunjukkan bahwa bintang itu sedang menelan materi planet. Tetapi garis-garis kalsium dan oksigennya memiliki empat puncak alih-alih dua.

Tiga garis kalsium WD J1328−1450 (a), masing-masing dengan empat puncak, dibandingkan dengan garis berpuncak dua yang lazim pada SDSS J1228+1040, cakram gas prototipe (b). — Gambar 1, Gentile Fusillo et al. (2026), arXiv:2610.37773.

Dua cincin dan sebuah celah

Tim itu mereproduksi garis-garis tersebut dengan dua cincin gas datar, satu di dalam yang lain. Diukur dalam jari-jari Matahari, cincin dalam membentang dari 0,14 hingga 0,34, cincin luar dari 0,54 hingga 1,93, dengan celah kosong di antara keduanya. Bahkan tepi dalamnya terletak sekitar sembilan kali jari-jari bintang itu sendiri.

Kedua puncak cincin dalam berjarak sekitar 1.024 kilometer per detik, sedangkan puncak cincin luar sekitar 420: gas di bagian dalam mengorbit lebih cepat. Selama sekitar dua tahun, bentuk garis-garisnya nyaris tidak berubah: cincin-cincin itu stabil.

Gas kalsium yang berpendar dilihat dari atas, sesuai skala: cincin dalam A, cincin luar B, dan celahnya. Batang di kiri atas menunjukkan satu jari-jari Matahari; merah yang lebih pekat berarti gas yang lebih terang. — Gambar 3, Gentile Fusillo et al. (2026), arXiv:2610.37773.

Magnesium hanya di bagian dalam

Satu garis magnesium hanya memiliki dua puncak: garis itu hanya berasal dari cincin dalam. Seandainya cincin luar memuat magnesium sebanyak cincin dalam, relatif terhadap kalsium, puncak-puncaknya akan menonjol pada lebih dari enam kali tingkat derau. Puncak-puncak itu tidak ada. Rasio magnesium terhadap kalsium menjadi sidik jari suatu bahan: sekitar 5 hingga 15 pada kondrit, sekelompok meteorit batu, sekitar 8 pada mantel Bumi, sekitar 1,6 pada keraknya. Kedua cincin itu kemungkinan berasal dari benda induk yang berbeda — atau dari lapisan-lapisan berbeda dari satu benda yang telah terpisah menjadi mantel kaya magnesium dan kerak miskin magnesium.

Sesuatu pasti memasok setiap cincin

Gas dalam cakram semacam itu menyebar, tetapi ketika bergerak ke luar dan mendingin di bawah sekitar 1.200–1.500 kelvin, gas itu mengembun kembali menjadi butiran: setiap cincin tetap berada di dekat tempat gasnya dihasilkan. Jadi, apa yang menghasilkan gas di dua tempat yang terpisah? Debu yang menguap di tepi dalam cakram tidak dapat meninggalkan celah; tumbukan yang menggerus debu akan membutuhkan rem yang tidak dikenal yang hanya bekerja di dalam celah.

Dua katai putih yang terlalu berdekatan untuk dibedakan? Gaia melihat satu bintang, dan hanya 0,067% katai putih yang memiliki cakram gas sama sekali: dua sekaligus akan menjadi peluang yang sangat kecil. Satu planet yang membersihkan celah itu? Bahkan benda besi terbesar yang dapat bertahan di dekat celah itu, dengan diameter 440 kilometer, akan memiliki gravitasi yang jauh terlalu lemah untuk menahan gas panas, menurut perhitungan para penulis — dan itu tidak akan menjelaskan bagaimana gas dihasilkan di kedua cincin di kedua sisinya.

Para penulis justru beralih ke SDSS J1228+1040, tempat sebuah sinyal yang berulang kira-kira setiap dua jam hanya dapat dijelaskan oleh benda padat yang rapat di dalam cakram, yang menghasilkan gas saat berinteraksi dengan debu. Usulan mereka: satu planetesimal semacam itu — benda padat kecil dari jenis yang menjadi bahan pembentuk planet — di setiap cincin.

Seberapa besar benda yang selamat?

Begitu dekat dengan bintang, gravitasi menarik sisi dekat sebuah benda lebih kuat daripada sisi jauhnya dan dapat mengoyaknya. Benda tanpa kekuatan internal akan membutuhkan kerapatan yang lebih tinggi daripada bahan apa pun yang dikenal: setidaknya 3.600 gram per sentimeter kubik di tepi dalam cincin dalam. Kedua benda yang selamat itu pasti memiliki kekuatan internal. Dengan kerapatan besi dan kekuatan benda-benda berbatu di Tata Surya, benda di dalam paling besar berdiameter 45 kilometer di tepi dalam cincinnya dan 172 kilometer di tepi luarnya — sebuah asteroid biasa. Benda di luar dapat mencapai 346 kilometer di tepi dalam cincinnya dan 2.340 kilometer di tepi luarnya, dan sebuah benda berbatu sekitar 3.500 kilometer di tepi luar: dari seukuran Ceres hingga seukuran Pluto, atau bahkan Bulan.

Sebuah bayangan dapat meniru celah

Satu alternatif tetap terbuka: satu cakram tunggal yang tepi dalamnya menggembung sehingga menaungi daerah antara 0,34 dan 0,54 jari-jari Matahari. Hal ini juga akan menjelaskan mengapa cincin dalam meredup ke arah luar sementara cincin luar makin terang. Tetapi tidak ada katai putih lain, maupun bintang muda dengan cakram gas, yang menunjukkan empat puncak — bahkan WD J0846+5703 pun tidak, padahal cakram debunya lebih dari dua kali lebih terang relatif terhadap bintangnya. Para penulis tidak menemukan bukti langsung adanya bayangan semacam itu, dan tidak ada alasan mengapa bayangan itu hanya muncul di sini.

Beberapa bentuk cakram cocok sama baiknya dengan debu itu. Dan laju makan bintang yang biasa-biasa saja membuka kemungkinan adanya cakram muda, yang mungkin baru dipasok selama 300.000 hingga 600.000 tahun, dalam tahap awal yang kacau.

Cincin di kedua ujung kehidupan sebuah planet

Cincin-cincin yang dipisahkan oleh celah adalah pemandangan yang lazim pada cakram protoplanet, tempat planet-planet lahir di sekitar bintang muda. Skala dan bintang pusatnya nyaris tidak bisa lebih berbeda lagi. Namun WD J1328−1450, tulis para penulis, mengisyaratkan bahwa proses-proses serupa mungkin membentuk sistem planet baik pada kelahirannya maupun pada akhir hayatnya.