외계행성의 대기 변화를 최초로 탐지하다.

 

 

그림 1> 이 상상도는 외계행성 HD 189733b의 대기가 자신의 별에서 발생한 강력한 분출로 인하여 증발되어버리는 모습을 표현한 것이다.

 NASA의 스위프트 위성이 이 별의 플레어를 탐지하였고, 허블우주망원경이 행성으로부터 밀려나는 가스를 탐지했다. 
이번 발견을 수행한 국제연구팀의 구성은 다음과 같다.
A. Lecavelier des Etangs (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France)
V. Bourrier (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France)
P. J. Wheatley (Department of Physics, University of Warwick, UK)
H. Dupuy (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France)
D. Ehrenreich (Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble, UJF/CNRS, Grenoble, France)
A. Vidal-Madjar (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France)
G. Hebrard (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France)
G. E. Ballester (Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, USA)
J.-M. Desert (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA)
R. Ferlet (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France)
D. K. Sing (Astrophysics Group, School of Physics, University of Exeter, UK)

 

The full news release story:

 

국제연구팀이 NASA 허블우주망원경을 이용하여 태양계 바깥에 존재하는 외계행성의 대기에서 발생하는 변화를 감지해 내는, 전대미문의 성과를 이루었다.
과학자들은 대기의 변화가 발생한 것은 이 행성이 공전하고 있는 자신의 별에서 NASA의 Swift 위성이 관측한, 강력한 분출이 있었기 때문이라고 결론지었다.

프랑스 파리 피에르 & 마리 퀴리 대학과 프랑스국립과학연구센터 산하 파리천문연구소(the Paris Institute of Astrophysics , IAP)의 수석 연구원 Alain Lecavelier des Etangs은 그 의미를 다음과 같이 말했다.
"허블우주망원경과 스위프트 위성의 다파장 관측자료는 이 별에서 발생한 플레어와  거대 행성 대기간의 상호작용에 대해 유례없는 자료를 제공해 주었습니다." 

 
이 외계행성은 HD 189733b 라고 명명된 목성과 유사한 거대 가스 행성으로 목성에 비해 약 14퍼센트 이상의 규모와 질량을 가지고 있다.

이 행성은 자신의 별로부터 고작 480만 킬로미터밖에 떨어져 있지 않은데, 이는 지구가 태양에 비해 갖는 거리의 30배 정도 더 짧은 거리이며

이 행성이 자신의 별을 공전하는데 걸리는 시간은 2.2일밖에 되지 않는다.

이 행성의 별은 HD 189733A 로 명명되어 있으며 우리 태양의 80퍼센트 정도 규모를 가지고 있다. 
 
천문학자들은 이 행성을 "뜨거운 목성"으로 분류하였다.

이전에 이 행성을 관측한 허블우주망원경의 자료에서 이 행성의 깊은 대기온도는 약 1030도에 달하는 것으로 나타난 바 있다.

 
이 행성은 정기적으로 자신의 별을 지나며 엄폐와 식을 반복하고 있어 천문학자들에게 대기와 환경을 탐사할 수 있는 훌륭한 기회를 제공해 주고 있다.

허블 우주망원경을 이용하여 Lecavelier des Etangs 이 이끈 이전의 연구에서는 이 행성의 상층대기로부터 빠져나오고 있는 수소 가스가 관측된 바 있다.

HD 189733b 에서의 이 발견은 당시 외계행성계에서 발생한 '증발'현상으로는 두 번째로 알려진 것이었다. 
 
HD 189733A계는 고작 63광년밖에 떨어져 있지 않은 가까운 거리로 인해 유명한 덤벨 성운 근처에서 쌍안경으로도 관측이 가능하다.

이러한 점은  HD 189733b 를 일련의 대기탈출추동과정을 연구하는데 이상적인 관측 대상으로 만들어주고 있다.

새로운 연구의 연구원이자 IAP에서 박사과정을 밟고 있는 Vincent Bourrier는 "천문학자들은 수년동안 대기기화의 세부현상에 대해 토론해왔습니다. HD 189733b 는 이러한 과정을 이해하는데 우리에게는 최고의 기회가 되고 있는 행성입니다."라고 말했다.

 
HD 189733b가 자신의 별의 전면을 지날 때 별로부터 발생한 빛중 일부가 이 행성의 대기를 통과하게 된다.

이러한 현상은 별빛에 이 행성의 대기조성과 운동에 관한 정보를 새겨넣게 된다.

 
2010년 4월 연구진들이 허블우주망원경의 분광촬영기(Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS)를 이용하여 자신의 별 전면을 지나는 이 행성을 관측하였지만 행성의 대기에 대한 일체의 자료를 탐지하지 못했었다.

하지만 2011년 9월, STIS를 활용한 이어진 관측에서는 놀라운 반전이 찾아왔는데, 이 외계행성으로부터 흘려나오는 일련의 깃털 구름에 대한 증거가 발견된 것이다.

 
학자들은  매초마다 최소한 1천톤의 가스가 행성 대기로부터 탈출하는 것으로 결론지었다.

 

당시관측자료에 의하면 수소원자가 시속 48만킬로미터 이상의 속도로 빠져나가고 있었다.

이 발견은 이번 천문학 & 천체물리학지(the journal Astronomy & Astrophysics)에 발표될 예정이다.
 
X선과 극자외선의 별빛이 행성의 상층대기를 가열하고 상층대기의 이탈을 추동시키는 것으로 여겨졌기 때문에 연구팀은 스위프트위성의 X선 망원경을 활용하여 이 별도 따로 모니터링하였다.

 

 

사진 위 > NASA Swift 위성이 자외선/가시광선 대역에서 촬영한 HD 189733b 행성의 별, 2011년 9월 14일 촬영하였으며 사진의 폭은 6분각이다.

사진 아래> 강력한 X선 복사가 HD 189733b 행성의 별을 두드러지게 드러내보이고 있다. Swift 위성의 X선 망원경으로 촬영되었다.

사진은 2011년 9월 13일과 14일에 촬영되었으며 사진의 폭은 역시 6분각이다.

 

2011년 9월 7일, 스위프트위성이 이 별의 강력한 플레어 현상을 모니터링했을 때 허블 우주망원경을 이용하여 이 행성의 식현상을 관측하는 것으로 스케줄을 변경하였는데 이러한 관측 스케줄 변경은 고작 8시간전에 내려진 긴급결정이었다.

 

이 때 X선 대역에서의 밝기는 3.6배에 달했으며 스파이크는 최상위 복사레벨에 달했는데 이는 이미 태양의 복사레벨을 넘어서는 정도였다.

 
영국 워릭대학교의 물리학자인 피터 웨슬리(Peter Wheatley)는 다음과 같이 말했다.
"이 행성이 자신의 별에 대해 근접한 정도가 의미하는 것은, 지구가 가장 강력한 등급인 X등급의 태양플레어에 영향을 받는 것에 비해
이 행성은 수만배의 충격을 자신의 별로부터 받고 있음을 의미합니다."  
 
연구팀은 이 행성의 거대한 크기를 감안한 후 HD 189733b 행성이 자신의 별로부터 받는 X선은 지구가 X등급의 플레어를 기준으로 태양으로부터 받게되는 X선에 비해 3백만배에 달하는 것으로 계산하였다.

 
허블우주망원경 프로젝트는 NASA와 유럽 우주국(ESA)이 협력하고 있는 국제협력 프로젝트이다.

스위프트 위성은 미국의 몇몇 연구소와 영국, 이탈리아, 독일, 일본의 파트너사 및 연구소들과 공동운용하고 있다.

NASA 고다드 우주비행센터는 이 두개의 미션을 관리하고 있다. 
 
추가 정보를 위한 사이트 정보

- 이번 발견에 대한 사진 및 동영상 : http://go.nasa.gov/Osbvfi
- Swift 위성 : http://www.nasa.gov/swift
- Hubble 우주망원경 : http://www.nasa.gov/hubble

 

* '허블사이트'의 게시물은 허블사이트 http://hubblesite.org 뉴스센터 보도를 번역한 것입니다.
   본 내용은 2012년 6월 28일 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>

 

그림 1>

ABOUT THIS IMAGE:

This artist's rendering illustrates the evaporation of HD 189733b's atmosphere in response to a powerful eruption from its host star. NASA's Hubble Space Telescope detected the escaping gases and NASA's Swift satellite caught the stellar flare.

The international team of astronomers in this study consists of A. Lecavelier des Etangs (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), V. Bourrier (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), P. J. Wheatley (Department of Physics, University of Warwick, UK), H. Dupuy (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), D. Ehrenreich (Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble, UJF/CNRS, Grenoble, France), A. Vidal-Madjar (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), G. Hebrard (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), G. E. Ballester (Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, USA), J.-M. Desert (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), R. Ferlet (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), and D. K. Sing (Astrophysics Group, School of Physics, University of Exeter, UK).

Object Name: HD 189733b

Image Type: Artwork

 

Illustration Credit: NASA Goddard Space Flight Center

Science Credit: NASA, ESA, A. Lecavelier des Etangs (CNRS-UMPC, France), and P. Wheatley (University of Warwick)

 

The full news release story:

WASHINGTON — An international team of astronomers using data from NASA's Hubble Space Telescope has made an unparalleled observation, detecting significant changes in the atmosphere of a planet located beyond our solar system.

The scientists conclude the atmospheric variations occurred in response to a powerful eruption on the planet's host star, an event observed by NASA's Swift satellite.

"The multiwavelength coverage by Hubble and Swift has given us an unprecedented view of the interaction between a flare on an active star and the atmosphere of a giant planet," said lead researcher Alain Lecavelier des Etangs at the Paris Institute of Astrophysics (IAP), part of the French National Scientific Research Center located at Pierre and Marie Curie University in Paris.

The exoplanet is HD 189733b, a gas giant similar to Jupiter, but about 14 percent larger and more massive. The planet circles its star at a distance of only 3 million miles, or about 30 times closer than Earth's distance from the Sun, and completes an orbit every 2.2 days. Its star, named HD 189733A, is about 80 percent the size and mass of our Sun.

Astronomers classify the planet as a "hot Jupiter." Previous Hubble observations show that the planet's deep atmosphere reaches a temperature of about 1,900 degrees Fahrenheit (1,030 degrees Celsius).

HD 189733b periodically passes across, or transits, its parent star, and these events give astronomers an opportunity to probe its atmosphere and environment. In a previous study, a group led by Lecavelier des Etangs used Hubble to show that hydrogen gas was escaping from the planet's upper atmosphere. The finding made HD 189733b only the second known "evaporating" exoplanet at the time.

The system is just 63 light-years away, so close that its star can be seen with binoculars near the famous Dumbbell Nebula. This makes HD 189733b an ideal target for studying the processes that drive atmospheric escape.

"Astronomers have been debating the details of atmospheric evaporation for years, and studying HD 189733b is our best opportunity for understanding the process," said Vincent Bourrier, a doctoral student at IAP and a team member on the new study.

When HD 189733b transits its star, some of the star's light passes through the planet's atmosphere. This interaction imprints information on the composition and motion of the planet's atmosphere into the star's light.

In April 2010, the researchers observed a single transit using Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), but they detected no trace of the planet's atmosphere. Follow-up STIS observations in September 2011 showed a surprising reversal, with striking evidence that a plume of gas was streaming away from the exoplanet.

The researchers determined that at least 1,000 tons of gas was leaving the planet's atmosphere every second. The hydrogen atoms were racing away at speeds greater than 300,000 miles per hour. The findings will appear in an upcoming issue of the journal Astronomy & Astrophysics.

Because X-rays and extreme ultraviolet starlight heat the planet's atmosphere and likely drive its escape, the team also monitored the star with Swift's X-ray Telescope (XRT). on Sept. 7, 2011, just eight hours before Hubble was scheduled to observe the transit, Swift was monitoring the star when it unleashed a powerful flare. It brightened by 3.6 times in X-rays, a spike occurring atop emission levels that already were greater than the Sun's.

"The planet's close proximity to the star means it was struck by a blast of X-rays tens of thousands of times stronger than the Earth suffers even during an X-class solar flare, the strongest category," said co-author Peter Wheatley, a physicist at the University of Warwick in England.

After accounting for the planet's enormous size, the team notes that HD 189733b encountered about 3 million times as many X-rays as Earth receives from a solar flare at the threshold of the X class.

Hubble is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency. Swift is operated in collaboration with several U.S. institutions and partners in the United Kingdom, Italy, Germany, and Japan. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., manages both missions.

For images and video related to this finding, visit:

http://go.nasa.gov/Osbvfi

For more information about Swift, visit:

http://www.nasa.gov/swift

For more information about Hubble, visit:

http://www.nasa.gov/hubble

CONTACT

J. D. Harrington
Headquarters, Washington
202-358-5241
j.d.harrington@nasa.gov

Lynn Chandler
NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
301-286-2806
lynn.chandler-1@nasa.gov

 

그림2>
Swift's Ultraviolet/Optical Telescope captured images of HD 189733b's host star on Sept. 14, 2011.
The image is 6 arcminutes across.

 

 

그림3>
Strong X-ray emission makes the host star of HD 189733b stand out in this view from Swift X-Ray Telescope.

The image combines data from Sept. 13 and 14, 2011, and is 6 arcminutes across.