물의 신호가 포착된 다섯 개 외계행성

 

Illustration Credit: NASA Goddard Space Flight Center Science Credit: NASA, ESA, A. Mandell (Goddard Space Flight Center), and D. Deming (University of Maryland, College Park)

 

그림1> NASA의 과학자들이 서로 다른 3개의 별 주위를 공전하는 다섯 개의 외계행성 대기에서 희미한 물 신호를 포착해 냈다.
이 다섯개 행성은 모두 연무에 휩싸인 행성인 것으로 보인다.

 

허블 우주망원경이 연무 가득한 외계 행성에서 미묘한 물의 신호를 포착해내다.

 

허블 우주망원경의 강력한 관측 기능을 이용하여 두 개의 연구팀이 다섯 개의 멀리 떨어진 행성 대기에서 희미한 물의 흔적을 발견해냈다.

외계행성 대기에서 물의 존재가 보고된 사례는 극히 드물다.

그러나 이번에는 처음으로 확정적 측정이 수행되었고, 여러 외계행성의 신호에서 나타나는 성분과 강도가 비교되기도 하였다.  

 

이 다섯 개의 행성은 WASP-17b, HD209458b, WASP-12b, WASP-19b,  XO-1b 이며 각각 가까운 거리에 위치하는 별 주위를 공전하고 있다.

 

각 행성에서 보이는 물의 강도는 다양하다.

WASP-17b의 경우는 특이하게 부풀어오른 대기를 가지고 있으며 HD209458b에서는 가장 강력한 신호가 나타났다. 

나머지 3개 행성인 WASP-12b, WASP-19b, XO-1b에서도 일관된 물의 신호가 나타나고 있다.

 

NASA 고다드 우주비행센터의 행성과학자이자 오늘 출간된 Astrophysical Journal  논문의 주저자인 에이비 맨델(Avi Mandell)은 WASP-12b, WASP-17b, WASP-19b에서의 신호 발견의 의미를 다음과 같이 설명하고 있다.

 "우리는 다수의 행성에서 물의 신호가 포착됐다는 것을 매우 확신하고 있습니다.
이번 작업은 서로 다른 환경을 가진 외계행성에서, 예를 들자면 매우 뜨거운 온도를 가졌거나 매우 차가운 온도를 가진 행성의 대기에 얼마나 많은 물이 포함되어 있는지 비교할 수 있는 방법을 알려주는 시금석이라 할 수 있습니다."

 이번 연구는 메릴랜드 대학의 L.드레이크 데밍(L. Drake Demin)이 이끄는 외계행성 대기 연구 조사의 한 부분으로 수행되었다.

 

두 개 팀이 허블 WFC3를 사용하여 행성 대기를 통과하여 나오는 빛의 흡수선을 세부적으로 관측하였다.

이 관측은 적외선 파장에서 수행되었으며 만약 물이 존재한다면 그 신호는 적외선 대역에서 나타나게 된다.

 양 팀은 흡수선 분석표에 나타난 모양과 강도를 상호비교하였고, 여기에서 일관성있는 신호를 발견했는데, 연구팀은 바로 이것이 물의 존재를 나타내는 것이라고 확신하게 되었다.

 이번 관측은 허블이 계속 수행하고 있는 외계행성의 연구에 대한 전형적인 모범사례라 할 수 있다.

 

데밍은 외계행성의 대기를 탐사한다는 것은 정말 너무나도 어려운 일이라고 말하며 그럼에도 불구하고 매우 선명한 신호를 끄집어 낼 수 있었고,  그것은 바로 물의 신호였다고 말했다. 
데밍과 연구팀은 지난 9월 10일 HD209458b 와 XO-1b 의 연구결과를 Astrophysical Journal을 통해 발표한 바 있다. 
 
데밍과 연구팀은 좀더 긴 노출을 통해 측정치의 감도를 향상시키는 새로운 기술을 채택했다. 

물 신호는 예상보다는 현저하게 떨어지는 강도를 보였고, 연구원들은 이것이 각각의 행성을 감싸고 있는 연무나 먼지층 때문일 것이라고 추측했다.

마치 안개가 사진에 담긴 모든 자연색을 약화시키듯이 연무는 대기로부터 발생하는 모든 신호의 강도를 줄이게 된다.

이와 동시에 연무는 물로부터 발생하는 신호와 다른 중요한 분자들의 신호를 독특한 방식으로 틀어놓는다.     

이 다섯 개 행성은 모두 뜨거운 목성형 행성이며 무거운 행성들로서 자신의 별을 가까운 거리에서 돌고 있다.

 

연구원들은 처음에는 이 다섯 개 행성 모두에서 나타나는 연무의 존재에 놀랐던 적이 있다.

그러나 데밍과 맨델은 외계행성 주변에서 연무의 흔적을 발견한 다른 연구에 주목했다.  

 

데밍이 발표한 논문의 공동 저자이자 캘리포니아 기술 연구소의 헤더 넛선(Heather Knutson)의 설명은 다음과 같다.
"다른 허블 관측자료들과 연계된 이번 연구결과는 놀라우리만치 많은 수의 외계 행성계에서 물의 신호는 매우 약하거나 완전히 존재하지 않는다는 점을 말해주고 있습니다. 이러한 사실은 구름이 가득끼거나 연무가 들어찬 대기조건이 사실은 뜨거운 목성형 행성에서는 더욱더 일반적인 현상이라는 점을 시사하고 있습니다."

 

허블에서 최고 성능을 보이는 WFC3는 수조 킬로미터나 떨어져 있는 외계행성의 대기를 꿰뚤어볼 수 있는 흔치 않은 능력을 갖춘 장비이다.

이런 도전적인 연구들은 행성이 자신의 별 전면을 지나는 모습이 관측되는 한에 있어서만 진행이 가능하다.

과학자들은 이 행성들의 대기를 구성하는 가스를 이 대기를 지나쳐나오면서 부분적으로 흡수선이 생성된 별빛을 통해서 식별해 낼 수 있다.

 

본 논문에 대해 더 궁금한 사항은 메릴랜드 대학 헤더 듀어(Heather Dewar, hdewar@umd.edu)에게 직접 물어볼 수 있다.

 

* 출처 : 허블사이트 2013년 12월 3일 발표 뉴스
            http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2013/54/

 

참고 : 외계행성 및 외계행성계에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다. 
        https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

News Release Number: STScI-2013-54

December 3, 2013 12:30 PM (EST)

Hubble Traces Subtle Signals of Water on Hazy Worlds

 

 

Using the powerful eye of NASA's Hubble Space Telescope, two teams of scientists have found faint signatures of water in the atmospheres of five distant planets.

The presence of atmospheric water was reported previously on a few exoplanets orbiting stars beyond our solar system, but this is the first study to conclusively measure and compare the profiles and intensities of these signatures on multiple worlds.

The five planets — WASP-17b, HD209458b, WASP-12b, WASP-19b and XO-1b — orbit nearby stars. The strengths of their water signatures varied. WASP-17b, a planet with an especially puffed-up atmosphere, and HD209458b had the strongest signals. The signatures for the other three planets, WASP-12b, WASP-19b and XO-1b, also are consistent with water.

"We're very confident that we see a water signature for multiple planets," said Avi Mandell, a planetary scientist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., and lead author of an Astrophysical Journal paper, published today, describing the findings for WASP-12b, WASP-17b and WASP-19b. "This work really opens the door for comparing how much water is present in atmospheres on different kinds of exoplanets, for example hotter versus cooler ones."

The studies were part of a census of exoplanet atmospheres led by L. Drake Deming of the University of Maryland in College Park. Both teams used Hubble's Wide Field Camera 3 to explore the details of absorption of light through the planets' atmospheres. The observations were made in a range of infrared wavelengths where the water signature, if present, would appear. The teams compared the shapes and intensities of the absorption profiles, and the consistency of the signatures gave them confidence they saw water. The observations demonstrate Hubble's continuing exemplary performance in exoplanet research.

"To actually detect the atmosphere of an exoplanet is extraordinarily difficult. But we were able to pull out a very clear signal, and it is water," said Deming, whose team reported results for HD209458b and XO-1b in a Sept. 10 paper in the same journal. Deming's team employed a new technique with longer exposure times, which increased the sensitivity of their measurements.

The water signals were all less pronounced than expected, and the scientists suspect this is because a layer of haze or dust blankets each of the five planets. This haze can reduce the intensity of all signals from the atmosphere in the same way fog can make colors in a photograph appear muted. At the same time, haze alters the profiles of water signals and other important molecules in a distinctive way.

The five planets are hot Jupiters, massive worlds that orbit close to their host stars. The researchers were initially surprised that all five appeared to be hazy. But Deming and Mandell noted that other researchers are finding evidence of haze around exoplanets.

"These studies, combined with other Hubble observations, are showing us that there are a surprisingly large number of systems for which the signal of water is either attenuated or completely absent," said Heather Knutson of the California Institute of Technology, a co-author on Deming's paper. "This suggests that cloudy or hazy atmospheres may in fact be rather common for hot Jupiters."

Hubble's high-performance Wide Field Camera 3 is one of few capable of peering into the atmospheres of exoplanets many trillions of miles away. These exceptionally challenging studies can be done only if the planets are spotted while they are passing in front of their stars. Researchers can identify the gases in a planet's atmosphere by determining which wavelengths of the star's light are transmitted and which are partially absorbed.

Please direct inquiries for the University of Maryland to Heather Dewar at 301-405-9267 or hdewar@umd.edu.

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NASA Headquarters, Washington, D.C.
202-358-5241
j.d.harrington@nasa.gov

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301-286-0039/301-614-5438
Nancy.n.jones@nasa.gov / elizabeth.a.zubritsky@nasa.gov

Ray Villard
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410-338-4514
villard@stsci.edu