Bayangkan sebuah bintang asing melintas dekat Tata Surya kita saat Matahari masih sangat muda, jauh sebelum Bumi terbentuk. Bintang itu tidak menabrak apa pun, hanya lewat, lalu pergi selamanya. Tapi gravitasinya sempat mengaduk-aduk piringan gas dan debu di pinggiran Tata Surya, meninggalkan bekas yang, anehnya, masih bisa kita lihat hari ini pada orbit-orbit aneh benda-benda es di luar orbit Neptunus.
Ini bukan sekadar spekulasi liar. Tim astronom dari Jülich Supercomputing Center di Jerman, dipimpin oleh Susanne Pfalzner, menjalankan simulasi komputer super detail untuk menguji apakah dugaan "tamu tak diundang" ini benar-benar bisa menjelaskan kekacauan orbit yang kita amati sekarang, bahkan setelah 4,56 miliar tahun berlalu sejak kejadian itu.
Benda-Benda Aneh di Pinggiran Tata Surya
Untuk memahami misteri ini, kita perlu berkenalan dulu dengan penghuni wilayah terluar Tata Surya kita, yaitu Objek trans-Neptunus (Trans-Neptunian Object, TNO). Objek-objek ini adalah sebutan untuk benda-benda kecil yang mengorbit Matahari di wilayah yang lebih jauh dari orbit Neptunus. Objek-objek ini terbentuk bersamaan dengan planet-planet dari piringan gas dan debu yang sama, sehingga secara teori seharusnya memiliki orbit yang rapi dan hampir sebidang, sama seperti planet-planet besar. Namun kenyataannya, kebanyakan TNO justru punya orbit yang sangat lonjong (eksentrik) dan miring (berinklinasi tinggi) dibanding bidang orbit planet.
Eksentrisitas dan inklinasi, dua ukuran yang sering dipakai untuk menggambarkan bentuk orbit. Eksentrisitas menunjukkan seberapa lonjong sebuah orbit (0 berarti lingkaran sempurna, mendekati 1 berarti sangat lonjong), sementara inklinasi menunjukkan seberapa miring bidang orbit sebuah objek dibanding bidang orbit rata-rata planet-planet di Tata Surya.
Ketidakcocokan antara "seharusnya" dan "kenyataan" inilah yang selama puluhan tahun menjadi teka-teki bagi ilmuwan planet. Penjelasan klasik biasanya mengandalkan gangguan gravitasi dari planet-planet raksasa yang baru terbentuk, terutama Neptunus. Namun penjelasan ini punya batas, ia tidak bisa menjelaskan keberadaan objek-objek yang orbitnya jauh sekali dari jangkauan gravitasi planet mana pun, seperti Sedna, 2012 VP113, atau objek-objek dengan inklinasi ekstrem yang bahkan mengorbit terbalik (retrograde) dibanding arah edar planet-planet.
Dugaan Tamu Tak Diundang dari Bintang Lain
Salah satu penjelasan alternatif yang makin populer adalah kemungkinan sebuah bintang lain pernah melintas dekat (flyby) Tata Surya muda kita.
Flyby bintang (stellar flyby) adalah peristiwa ketika sebuah bintang lain melintas cukup dekat dengan sebuah sistem bintang, tanpa benar-benar bertabrakan atau terperangkap menjadi bagian dari sistem tersebut. Gravitasi bintang yang lewat ini bisa "menendang" benda-benda di pinggiran sistem, mengubah bentuk dan kemiringan orbit mereka secara dramatis, sebelum si bintang tamu melanjutkan perjalanannya menjauh selamanya. Peristiwa semacam ini jauh lebih sering terjadi ketika sebuah bintang masih muda dan tinggal berdesak-desakan bersama ribuan bintang lain di gugusan kelahirannya, dibanding sekarang ketika Matahari sudah "sendirian" mengembara di galaksi.
Penelitian sebelumnya dari tim yang sama sudah mengusulkan skenario flyby spesifik, sebuah bintang bermassa 0,8 kali massa Matahari yang melintas pada jarak terdekat sekitar 110 satuan astronomi (au) dari Matahari, dengan orbit parabola yang miring 70 derajat. Yang menarik, skenario tunggal ini ternyata mampu menjelaskan hampir semua kelompok populasi TNO yang aneh sekaligus, mulai dari objek mirip Sedna hingga objek berorbit terbalik, hanya lewat satu peristiwa saja.
Tapi ada satu masalah besar yang belum terjawab: flyby semacam ini kemungkinan besar terjadi saat Matahari masih sangat muda, kurang dari 50 juta tahun setelah lahir. Itu berarti, ada rentang waktu sekitar 4,5 miliar tahun antara peristiwa flyby dan hari ini, waktu yang cukup lama bagi gravitasi planet-planet raksasa untuk terus-menerus mengubah orbit para TNO. Pertanyaannya, apakah pola orbit hasil flyby yang cocok dengan pengamatan tadi akan tetap bertahan, atau justru rusak, setelah diaduk-aduk gravitasi planet selama miliaran tahun?
Menjalankan Ulang Sejarah Tata Surya di Dalam Komputer
Untuk menjawab pertanyaan ini, tim menjalankan simulasi numerik dalam dua tahap. Tahap pertama memodelkan bagaimana piringan benda-benda kecil di pinggiran Tata Surya bereaksi langsung saat bintang tamu melintas, menggunakan sekitar 50.000 partikel uji yang mewakili calon-calon TNO. Tahap kedua, yang menjadi fokus utama studi kali ini, melanjutkan simulasi tersebut hingga 4,56 miliar tahun ke depan, memodelkan bagaimana gravitasi keempat planet raksasa (Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus) terus membentuk ulang orbit para TNO dari waktu ke waktu.
Untuk simulasi jangka panjang ini, tim menggunakan kode komputer bernama GENGA yang dirancang khusus untuk berjalan efisien di GPU, memungkinkan mereka mensimulasikan miliaran tahun evolusi orbit tanpa memakan waktu komputasi yang tak masuk akal.
Ribuan Objek Terlontar, tapi Justru Membuat Gambaran Semakin Cocok
Hasil simulasi ini cukup dramatis. Pada 10 juta hingga 100 juta tahun pertama setelah flyby, terjadi fase pelontaran objek yang sangat intens, dengan laju pelontaran seratus kali lebih tinggi dibanding laju yang teramati saat ini. Setelah sekitar 1 miliar tahun, sistem baru mencapai kondisi yang relatif stabil.
Secara keseluruhan, populasi sabuk Kuiper "dingin" kehilangan sekitar 80% dari populasi awalnya, sementara sabuk Kuiper "panas" kehilangan sekitar 40%.
Sabuk Kuiper dingin dan panas, dua istilah yang sebenarnya tidak merujuk pada suhu fisik, melainkan pada seberapa "tenang" atau "liar" orbit sebuah objek. Sabuk Kuiper dingin terdiri dari objek-objek dengan orbit hampir bundar dan inklinasi rendah, dianggap sebagai populasi paling "primitif" yang sedikit terganggu sejak awal pembentukannya. Sabuk Kuiper panas berisi objek-objek dengan orbit lebih lonjong dan inklinasi lebih tinggi, menandakan riwayat gangguan gravitasi yang lebih intens di masa lalu.
Yang mengejutkan, objek-objek yang hilang ini justru memperbaiki, bukan merusak, kecocokan antara hasil simulasi dengan pengamatan sebenarnya. Wilayah dengan jarak perihelion antara 30 hingga 40 au, misalnya, awalnya diprediksi memiliki terlalu banyak objek dibanding yang benar-benar teramati. Setelah 4,5 miliar tahun proses pelontaran dan relokasi orbit, kelebihan populasi ini justru "terkoreksi" dengan sendirinya, sehingga jumlah simulasi menjadi jauh lebih dekat dengan jumlah objek yang benar-benar ditemukan di katalog Minor Planet Center saat ini.
Perihelion (atau periastron) adalah titik terdekat sebuah objek dengan Matahari sepanjang orbitnya. Semakin kecil jarak perihelion sebuah TNO, semakin dekat ia bisa mendekati wilayah planet-planet raksasa pada suatu titik orbitnya, dan semakin besar pula peluangnya untuk "diganggu" oleh gravitasi planet tersebut, terutama Neptunus.
Sekitar 7-8% TNO bahkan sempat "terlempar masuk" ke wilayah orbit planet-planet raksasa selama proses ini, namun hampir semuanya (99%) akhirnya terlontar kembali keluar sistem dalam jangka panjang. Sebagian kecil yang bertahan diperkirakan menjadi sumber populasi Centaur, kelompok objek yang saat ini mengorbit di antara Jupiter dan Neptunus.
Centaur adalah sebutan untuk objek-objek kecil di Tata Surya yang orbitnya berada di antara Jupiter dan Neptunus, dianggap sebagai "objek transisi" yang sebelumnya berasal dari wilayah trans-Neptunus namun terlempar masuk ke wilayah dalam akibat gangguan gravitasi.
Objek Mirip Sedna, Saksi Bisu yang Orbitnya Nyaris Tak Berubah
Salah satu temuan paling penting dari studi ini justru datang dari objek-objek yang hampir tidak berubah sama sekali selama 4,5 miliar tahun: kelompok objek mirip Sedna, detached object, dan objek berorbit terbalik (retrograde).
Objek mirip Sedna dinamai dari Sedna, salah satu objek trans-Neptunus paling jauh dan misterius yang pernah ditemukan, dengan orbit sangat lonjong yang membawanya jauh sekali dari Matahari pada titik terjauhnya, namun tetap sangat jauh dari Neptunus bahkan pada titik terdekatnya. Karena jaraknya yang ekstrem ini, objek-objek semacam ini praktis tidak pernah cukup dekat dengan planet manapun untuk terganggu gravitasinya secara berarti.
Karena letaknya yang begitu jauh, sumbu semi-mayor orbit objek-objek mirip Sedna ini (lebih dari 48 au) membuat mereka nyaris kebal dari pengaruh gravitasi planet-planet raksasa sepanjang sejarah Tata Surya. Simulasi mengonfirmasi hal ini, orbit mereka tetap hampir tidak berubah dari kondisi awal segera setelah flyby hingga 4,5 miliar tahun kemudian. Hal yang sama juga berlaku untuk objek terdampar dan objek berorbit terbalik.
Stabilitas luar biasa ini justru menjadikan kelompok objek-objek ini semacam "saksi bisu" yang paling dapat diandalkan untuk menguji skenario flyby, karena kondisi orbit mereka hari ini kurang lebih sama dengan kondisi segera setelah peristiwa flyby itu terjadi miliaran tahun lalu, tanpa perlu repot memperhitungkan evolusi jangka panjang yang rumit.
Warna Permukaan TNO Juga Mendukung Skenario Flyby
Selain bentuk orbit, tim juga menguji skenario flyby ini lewat petunjuk yang sama sekali berbeda: warna permukaan para TNO. Dari pengamatan, ada pola yang sudah lama diketahui, objek-objek di sabuk Kuiper dingin cenderung berwarna sangat merah, sementara objek dengan inklinasi tinggi (di atas 21 derajat) atau eksentrisitas tinggi (di atas 0,42) justru jarang sekali ditemukan berwarna merah pekat semacam itu.
Menariknya, penelitian tim sebelumnya sudah menunjukkan bahwa skenario flyby yang sama, yang berhasil menjelaskan pola orbit para TNO, ternyata juga bisa menjelaskan pola warna aneh ini. Namun analisis sebelumnya itu belum memperhitungkan evolusi jangka panjang selama miliaran tahun, sehingga muncul pertanyaan susulan: apakah pola kelangkaan warna merah pada objek berinklinasi dan bereksentrisitas tinggi ini akan tetap bertahan, atau justru pudar, setelah orbit-orbitnya terus-menerus diaduk gravitasi planet selama 4,5 miliar tahun?
Untuk menjawabnya, tim memperluas simulasi orbit yang sama dengan turut melacak "asal-usul warna" tiap partikel sepanjang simulasi. Hasilnya, pola kelangkaan warna merah pada objek berinklinasi tinggi dan bereksentrisitas tinggi ternyata tetap bertahan bahkan setelah 4,5 miliar tahun evolusi, sama persis dengan pola yang diamati pada TNO sungguhan hari ini.
Temuan ini penting karena menghadirkan dua jenis bukti yang sepenuhnya independen, satu dari pola orbit dan satu lagi dari pola warna, yang sama-sama konsisten dengan skenario flyby yang sama. Kecocokan ganda semacam ini jauh lebih meyakinkan dibanding jika hanya salah satu aspek saja yang cocok, karena kecil kemungkinan dua petunjuk yang berbeda sifatnya ini bisa kebetulan sama-sama mengarah ke kesimpulan yang keliru.
Membandingkan dengan Teori Saingan
Skenario flyby bintang ini tentu bukan satu-satunya teori yang mencoba menjelaskan kekacauan orbit para TNO. Salah satu pesaing utamanya adalah model Nice dan berbagai turunannya, yang mengandalkan migrasi bertahap Neptunus ke luar akibat interaksi dengan piringan planetisimal masif purba, tanpa perlu melibatkan bintang tamu dari luar sama sekali.
Ketika dibandingkan, kedua model ternyata punya kelebihan dan kekurangan masing-masing. Model Nice cenderung lebih unggul dalam menjelaskan detail populasi sabuk Kuiper dingin, namun kesulitan besar menjelaskan keberadaan objek-objek jauh seperti kelompok mirip Sedna, objek terdampar, dan objek berinklinasi ekstrem atau berorbit terbalik. Sebaliknya, skenario flyby bintang justru unggul menjelaskan populasi-populasi ekstrem inilah, meski masih perlu penyesuaian lebih lanjut untuk mencocokkan detail distribusi populasi dingin secara presisi.
Menyisakan Beberapa PR untuk Penelitian Selanjutnya
Meski secara umum hasil simulasi ini semakin memperkuat argumen skenario flyby, tim mengakui masih ada beberapa ketidaksesuaian yang perlu ditelusuri lebih lanjut. Misalnya, sumbu semi-mayor rata-rata populasi sabuk Kuiper dingin hasil simulasi berada di sekitar 38 au, sementara data pengamatan menunjukkan posisinya lebih jauh, antara 42 hingga 45 au. Selain itu, sebagian besar objek mirip Sedna yang benar-benar teramati memiliki inklinasi sekitar 11-12 derajat, sementara simulasi justru memprediksi dominasi objek dengan inklinasi yang lebih tinggi.
Tim menduga sebagian ketidaksesuaian ini bisa jadi berasal dari satu keterbatasan penting: karena alasan keterbatasan daya komputasi, simulasi ini hanya memperhitungkan gravitasi planet-planet raksasa terhadap partikel-partikel uji yang dianggap tidak bermassa, tanpa memperhitungkan gravitasi antar-TNO itu sendiri. Padahal, interaksi gravitasi timbal balik antar objek trans-Neptunus, terutama objek-objek besar seperti Pluto, kemungkinan turut berperan dalam membentuk detail populasi dingin ini secara lebih akurat.
Ke depannya, tim berencana memperhitungkan interaksi gravitasi antar-TNO ini dalam simulasi lanjutan, sekaligus menyempurnakan lebih jauh parameter flyby yang diusulkan. Kalau skenario ini terus terbukti konsisten dengan lebih banyak petunjuk independen, baik dari segi orbit maupun warna permukaan, semakin kuat pula alasan untuk percaya bahwa Tata Surya kita, jauh di masa mudanya, pernah punya "tamu" dari bintang lain yang lewat sekali saja, namun meninggalkan jejak yang bertahan hingga miliaran tahun kemudian.
Ditulis berdasarkan: Pfalzner, S., Wagner, F. W., & Bischoff, M. (2026). Trans-Neptunian Object dynamics even better explained by a stellar flyby after 4.5 Gyr of evolution. arXiv:2609.03575v1