외계 행성에서 이산화탄소를 발견하다.

 

 

허블 우주망원경을 통해 다른 별을 공전하고 있는 외계 행성의 대기에서 이산화탄소를 발견했다.

이번 발견은 우리가 아는한도 내에서는 외계 생명체의 화학적 생체신호 발견 단계에 있어 매우 중요한 발견이다. 

HD 189733b라 불리는 목성 크기의 이 행성은 사실 생명체가 살기에는 너무 뜨거운 온도를 가지고 있다.

그러나 허블의 이번 관측은 생명체를 위한 기본적인 화학적 특징들이 다른 별의 주위를 공전하는 행성에서 측정될 수 있음을 보여준 개념증명이라는데 그 의미가 있다.

유기화합물은 생명활동에 의해서도 생성될 수 있으므로, 지구와 닮은 행성에서 유기화합물의 탐색을 계속한다면 언젠가는 지구가 아닌 다른 곳에서 생명체의 증거를 발견하게 될지도 모른다.

이전에 HD 189733b에 대한 연구에서 허블과 스피처 우주망원경을 통해 수증기가 발견되었음이 발표된 바 있고 올해 초에는 허블을 통해 연구를 진행한 천문학자들이 이 행성의 대기에서 메탄이 발견되었다고 보고한 바 있었다.

NASA 제트추진 연구소의 마크 스웨인(Mark Swain)은 이번 이산화탄소 발견의 의미에 대해 다음과 같이 말하고 있다.
"이번 발견은 매우 흥분되는 일입니다.

허블우주망원경을 통해 우리는 다른 외계 행성의 대기상태, 화학적구성, 대기조합을 탐색할 수 있었고, 결국 여기서 분자를 발견하게 됐죠.

지금 우리는 다른 외계행성의 수많은 분자들에까지 우리의 인식을 넓힐 수 있는 세대에 진입하고 있는 것입니다.

이러한 발견을 가능케한 허블 우주망원경에게 감사하지 않을 수 없죠."

 

스웨인은 허블의 근적외선 카메라와 다중분광계(NICMOS)를 활용하여 63광년 떨어진 이 행성으로부터 방출되는 근적외선을 연구하고 있다.

 

이 행성의 대기에 존재하는 가스에는 뜨겁게 타오르는 행성내부로터 발생한 특정 파장의 빛이 포함되어 있다.

스웨인은 여기서 이산화탄소뿐 아니라 일산화탄소까지 식별해냈다.

이 분자들은 이 행성으로부터 복사되어 지구에 도착하였으며, 그 복사선에 특유의 스펙트럼선을 남겨놓았다.

외계 행성으로부터 근적외선 방출스펙트럼을 얻기는 이번이 처음이다.

 

스웨인의 설명이 이어진다.
"가장 흥분되는 사실은 이산화탄소의 존재입니다.

왜냐하면 이 분자는 지구에서와 마찬가지로 생명활동과 연결지을 수 있는 환경을 생각하게 만들기 때문입니다.
우리가 외계행성의 분자를 탐지할 수 있고, 그것이 어느정도 존재하는지 여부를 측정할 수 있다는 사실은 장기적으로, 우리가 외계 행성의 특징을 구분지을 때, 외계행성이 무엇으로 만들어졌는지의 여부와 함께, 이들 행성이 생명을 품을 가능성이 있는지를 함께 고려할 수 있게 한다는 점에서 매우 중요한 사실이라 할 수 있습니다."

 

이러한 유형의 관측은 외계 행성의 공전궤도가 지구와 수평을 이루는 상황에서 최상으로 수행될 수 있다.

 

일반적으로 행성이 별의 앞면과 뒷면을 통과하는 현상은 '식'으로 알려져 있는데, 외계행성 HD 189733b는 2.2일마다 자신의 태양 뒷면을 통과하고 있다. 

 

이러한 현상은 행성이 별의 전면을 통과할 때 얻어진 스펙트럼으로부터, 행성이 태양의 뒷면으로 차폐되었을 때, 즉, 순전히 별로부터 얻어진 스펙트럼을 뺄 수 있는 기회를 제공하며, 이를 통해 행성으로부터 방출된 독자적인 빛을 추출하여 그 화학적 성분의 분석을 가능하게 만드는 것이다.

 

 

<이번 관측의 원리를 설명하는 그림 : 

행성이 별의 뒷면으로 완전히 사라졌을 때 얻은 스펙트럼은 순전히 별의 스펙트럼이라 할 수 있다.

그리고 행성이 보일 때, 행성으로부터 반사된 빛의 스펙트럼은 별의 스펙트럼에 행성의 대기 성분이 찍힌 흔적이 남게된다.

이렇게 얻어진 두 개의 자료, 즉 행성으로부터 반사된 빛의 스펙트럼에서 별 자체의 스펙트럼을 빼면, 행성 자체의 특성만이 남게 되는 것이다.>

                                                      

 

이러한 방식으로 스웨인은 매우 뜨거운 대기를 보유하고 있는 이 행성을 측정할 수 있었다고 설명한다.

"우리는 이러한 방식을 통해 분자를 발견하기 시작했고, 행성의 낮부분과 밤부분 사이에서 얼마나 많은 분자들이 변화양상을 만들어 내는지를 규명할 수 있었습니다."
 

이번 성공적 관측은, 외계행성으로부터 방출되는 근적외선의 관측을 위해 2013년 발사 예정인 NASA의 제임스 웹 우주망원경을 기다리는 천문학자들을 고무시키고 있다.

이처럼 생명활동의 표식이 될만한 분자들은 근적외선 파장에서 가장 잘 관측될 수 있는 것이다.

 

천문학자들은 제임스 웹 망원경을 이용하여 지구크기의 외계행성이나 지구의 수십배 크기의 슈퍼 지구형 행성에서 이와같은 생명현상의 표식을 발견하기를 기대하고 있다.

스웨인은 제임스 웹 우주망원경을 통해 식현상을 관측하면 훨씬 더 정교한 측정 데이터를 얻을 수 있을 것으로 기대한다고 말했다.

 

스웨인은 여타 외계행성의 대기로부터 분자탐색을 지속하는 것 뿐 아니라 탐지되는 분자의 종류를 늘려나가는 목포를 세우고 있다.

또한 그는 분자 관측을 통해 외계행성에서 발생하고 있을 일기에 대한 연구를 지속할 것이다.

 

* '허블사이트'의 게시물은 허블사이트 http://hubblesite.org 뉴스센터 보도를 번역한 것입니다.

   본 내용은 2008년 12월 9일 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>

NASA's Hubble Space Telescope has discovered carbon dioxide in the atmosphere of a planet orbiting another star. This is an important step along the trail of finding the chemical biotracers of extraterrestrial life as we know it.

The Jupiter-sized planet, called HD 189733b, is too hot for life. But the Hubble observations are a proof-of-concept demonstration that the basic chemistry for life can be measured on planets orbiting other stars. Organic compounds can also be a by-product of life processes, and their detection on an Earth-like planet may someday provide the first evidence of life beyond Earth.

Previous observations of HD 189733b by Hubble and the Spitzer Space Telescope found water vapor. Earlier this year, Hubble astronomers reported that they found methane in the planet's atmosphere.

"This is exciting because Hubble is allowing us to see molecules that probe the conditions, chemistry, and composition of atmospheres on other planets," says Mark Swain of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif. "Thanks to Hubble we're entering an era where we are rapidly going to expand the number of molecules we know about on other planets."

Swain used Hubble's Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) to study infrared light emitted from the planet, which lies 63 light-years away. Gases in the planet's atmosphere absorb certain wavelengths of light from the planet's hot glowing interior. Swain identified not only carbon dioxide, but also carbon monoxide. The molecules leave their own unique spectral fingerprint on the radiation from the planet that reaches Earth. This is the first time a near-infrared emission spectrum has been obtained for an exoplanet.

"The carbon dioxide is kind of the main focus of the excitement, because that is a molecule that under the right circumstances could have a connection to biological activity as it does on Earth," Swain says. "The very fact that we're able to detect it, and estimate its abundance, is significant for the long-term effort of characterizing planets both to find out what they're made of and to find out if they could be a possible host for life."

This type of observation is best done for planets with orbits tilted edge-on to Earth. They routinely pass in front of and then behind their parent stars, phenomena known as eclipses. The planet HD 189733b passes behind its companion star once every 2.2 days. This allows an opportunity to subtract the light of the star alone (when the planet is blocked) from that of the star and planet together prior to eclipse, thus isolating the emission of the planet alone and making possible a chemical analysis of its "day-side" atmosphere.

In this way, Swain explains that he's using the eclipse of the planet behind the star to probe the planet's day side, which contains the hottest portions of its atmosphere. "We're starting to find the molecules and to figure out how many of them there are to see the changes between the day side and the night side," Swain says.

This successful demonstration of looking at near-infrared light emitted from a planet is very encouraging for astronomers planning to use NASA's James Webb Space Telescope when it is launched in 2013. These biomarkers are best seen at near-infrared wavelengths.

Astronomers look forward to using Webb to spectroscopically look for biomarkers on a terrestrial planet the size of Earth, or a "super-Earth" several times our planet's mass. "The Webb telescope should be able to make much more sensitive measurements of these primary and secondary eclipse events," Swain says.

Swain next plans to search for molecules in the atmospheres of other exoplanets, as well as trying to increase the number of molecules detected in exoplanet atmospheres. He also plans to use molecules to study changes that may be present in exoplanet atmospheres to learn something about the weather on these distant worlds.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Mark Swain
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-455-2396
mark.swain@jpl.nasa.gov