외계 행성에서의 유기분자 발견(HD 189733b)

2008년 3월 19일 허블 사이트에서 대대적으로 발표한 뉴스는 외계 행성 HD 189733b에서 유기분자를 발견했다는 뉴스입니다.

비록 이번에 검증을 통과하여 대대적인 발표가 있긴 했지만 사실 이 행성은 전부터 유기분자의 발견으로 계속 주목 받아온 행성입니다.(참고 : https://big-crunch.tistory.com/9606996 ) 

이 뉴스에는 배경 지식으로 외계 행성에서 유기분자 또는 생명체의 흔적을 발견하기 위한여러 노력들이 설명되어 있습니다.

 

 

사진 설명1>이 그림은 외계 행성 HD 189733b 의 상층 대기에 이 행성의 태양 빛이 스치는 모습을 그린 상상도이다.
천문학자들은 허블 우주 망원경으로 이렇게 스쳐지나온 별빛에서 메탄과 수증기를 감지해냈다.  

 

FULL STORY>

 

허블우주망원경이 외계의 다른 별을 공전하고 있는 목성 크기의 행성 대기에서 처음으로 유기분자를 감지해냈다.

이번 발견은 외계 태양계의 행성에서 궁극적으로는 생명체의 흔적을 알아낼 수 있는 매우 중요한 발견이라 할 수 있다.

 

허블에 의해 발견된 분자는 메탄분자로서 바로 이 환경은 화학적으로 생명이 발생되기 위한  중요한 역할이 수행될 수 있는 환경이다.
메탄분자는 우리가 알기로는 생명이 형성되는데 중요한 화학적 반응으로 여겨진다. 

 

이번 발견은 허블우주망원경과 현재  계획되고 있는 NASA의 제임스 웹 우주 망원경에 의해 다시 한번 검증될 예정인데, 이러한 관측기를 통해 다른 별들의 주위를 공전하는 행성의 분광측정으로 다양한 화학적 성분을 분석하여 유기분자를 탐지해낼 수 있을 것이다.

 

이번 발견을 이끈 연구팀의 리더인 NASA 제트 추진 연구소의 마크 스와인(Mark Swain)은 이번 발견이 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성의 화학적 특징을 알 수 있는 시금석이 될 것이라고 말했다.

 

스와인은 3월 20일 네이처에 발표된 이번 논문의 수석 저자이다.

 

이번 발견은 2007년 5월부터 허블의 근적외선 망원경과 다중분광계를 이용한 광범위한 관측을 통해 얻어졌다.

또한 이 행성대기에서 물분자의 존재를 검증하기도 했는데 이 발견은 NASA의 스피처 우주망원경이 이미 2007년에 발견한 것이기도 했다.

 

스와인은 이번 발견을 통해 이 행성에 물이 존재하는지의 여부는 더 이상의 의심의 여지가 없어진 명확한 사실이라고 말했다.

 

결국 여우자리에 지구로부터 63광년 떨어진 이 행성은 물과 메탄을 가진 행성으로 알려지게 되었다.

 

그러나 HD 189733b로 불리는 이 행성은 거대한 질량과 고온으로 인해 생명이 거주할 행성으로는 여겨지지 않는다. 

'뜨거운 목성'이라는 애칭이 붙은 HD 189733b는 불과 2일만에 자신의 태양을 한 바퀴 도는 맹렬한 속도의 공전주기를 가지고 있다.

 

이 천체의 크기는 목성에 육박하나 공전 궤도는 우리 태양의 수성과 비교할 때 훨씬 안쪽에서 돌고 있는 것이다.

 

HD 189733b의 대기 온도는 섭씨 926도에 육박하는데 이는 은의 녹는점과 동일한 온도이다.

비록 이 행성이 생명을 탄생시키기에는 너무나 뜨거운 온도에 해당하지만 스와인은 이번 관측이 이 별의 주위에 좀더 차갑고 생명의 서식 가능성이 있는 지구 정도 크기의 행성이 공전하고 있음을 분광학적으로 밝혀낸 증거라고 말했다.

 

이와 같이 행성의 대기에서 유기분자를 식별해 내려는 연구의 궁극적인 목적은 어떤 행성의 물이 얼음이나 수증기 상태가 아닌 액체상태로 유지될 수 있는 적당한 온도를 보장받을 수 있도록 자신의 태양으로부터 적절한 거리(생명서식 가능지역)를 유지하는 행성을 발견하는데 있다.

 

이번 관측은 HD 189733b가 자신의 태양의 전면을 지나는 천문학자들이 이른바 Transit현상이라 부르는 때 이루어졌다.

 

HD 189733 별로부터 발생한 빛이 이 행성의 상층대기를 비스듬하게 통과할 때 그 빛에는 대기를 구성하는 분자의 특성이 새겨지게 된다.

 

사진 2> 외계 행성 대기를 스치는 별빛을 담아내는 허블 우주망원경 천문학자들은 이른바 뜨거운 목성형 행성의 일반적인 모델에서 예견되는 것보다 훨씬 많은 양의 메탄을 가진 이 행성을 처음 발견했을 때 모두 놀랄수밖에 없었다.

 

스와인에 이를 다음과 같이 설명했다.
"이 행성을 발견함으로서 우리의 외계 행성 대기에 대한 이해가  아직은  충분치 않다는 것을 알 수 있었습니다.
이번 발견은 기온, 기압, 바람, 구름 그리고 화학적 특성 등 생명이 살 수 있는 조건이 되는 행성을 찾는데 있어 중요한 단계라 할 수 있습니다.
적외선 분광측정 연구는 이러한 분자들을 발견하는 연구에 있어 대단히 최적화된 연구라 할 수 있습니다."

 

이번 논문은 스와인과 유럽 우주국, 런던 지오바나 티네티 대학, 제트추진 연구소 소속의 가우탐 바시스트(Gautam Vasisht)가 함께 작성하였다.

 

사진 3> 외계 행성 HD 189733b를 스쳐지나온 별빛의 분광측에서 얻어진 메탄 분자

 

 

동영상 > 이번 발견과 그 의미를 설명하는 허블 사이트의 동영상

 

 

* '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다.

   본 내용은 2008년 3월 19일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : HD 189733b를 비롯한 다양한 외계행성 및 원시행성원반에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

사진 설명1>

ABOUT THIS IMAGE:

This illustration depicts the extrasolar planet HD 189733b with its parent star peeking above its top edge. Astronomers used the Hubble Space Telescope to detect methane and water vapor in the Jupiter-size planet's atmosphere. They made the finding by studying how light from the host star filters through the planet's atmosphere.

Object Name: HD 189733b

Image Type: Artwork

Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

 

 

FULL STORY>

NASA's Hubble Space Telescope (HST) has made the first detection ever of an organic molecule in the atmosphere of a Jupiter-sized planet orbiting another star. This breakthrough is an important step in eventually identifying signs of life on a planet outside our solar system.

The molecule found by Hubble is methane, which under the right circumstances can play a key role in prebiotic chemistry — the chemical reactions considered necessary to form life as we know it.

This discovery proves that Hubble and upcoming space missions, such as NASA's James Webb Space Telescope, can detect organic molecules on planets around other stars by using spectroscopy, which splits light into its components to reveal the "fingerprints" of various chemicals.

"This is a crucial stepping stone to eventually characterizing prebiotic molecules on planets where life could exist," said Mark Swain of NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), Pasadena, Calif., who led the team that made the discovery. Swain is lead author of a paper appearing in the March 20 issue of Nature.

The discovery comes after extensive observations made in May 2007 with Hubble's Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS). It also confirms the existence of water molecules in the planet's atmosphere, a discovery made originally by NASA's Spitzer Space Telescope in 2007. "With this observation there is no question whether there is water or not — water is present," said Swain.

The planet now known to have methane and water is located 63 light-years away in the constellation Vulpecula. Called HD 189733b, the planet is so massive and so hot it is considered an unlikely host for life. HD 189733b, dubbed a "hot Jupiter," is so close to its parent star it takes just over two days to complete an orbit. These objects are the size of Jupiter but orbit closer to their stars than the tiny innermost planet Mercury in our solar system. HD 189733b's atmosphere swelters at 1,700 degrees Fahrenheit, about the same temperature as the melting point of silver.

Though the star-hugger planet is too hot for life as we know it, "this observation is proof that spectroscopy can eventually be done on a cooler and potentially habitable Earth-sized planet orbiting a dimmer red dwarf–type star," Swain said. The ultimate goal of studies like these is to identify prebiotic molecules in the atmospheres of planets in the "habitable zones" around other stars, where temperatures are right for water to remain liquid rather than freeze or evaporate away.

The observations were made as the planet HD 189733b passed in front of its parent star in what astronomers call a transit. As the light from the star passed briefly through the atmosphere along the edge of the planet, the gases in the atmosphere imprinted their unique signatures on the starlight from the star HD 189733.

The astronomers were surprised to find that the planet has more methane than predicted by conventional models for "hot Jupiters." "This indicates we don't really understand exoplanet atmospheres yet," said Swain.

"These measurements are an important step to our ultimate goal of determining the conditions, such as temperature, pressure, winds, clouds, etc., and the chemistry on planets where life could exist. Infrared spectroscopy is really the key to these studies because it is best matched to detecting molecules," said Swain.

Swain's co-authors on the paper include Gautam Vasisht of JPL and Giovanna Tinetti of University College, London/European Space Agency.

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