태양의 쌍둥이 별을 공전하는 행성을 처음으로 발견하다.

 

Credit: ESO/L. Calcada

 

그림>

이 상상화는 산개성단 M67에서 이번에 새로 발견된 세 개의 행성 중 하나를 그려본 것이다.
이 성단의 별들은 거의가 태양과 동일한 연령과 성분을 가지고 있다.
이러한 사실로 인해 별들이 빽빽이 들어선 성단에서 얼마나 많은 행성들이 형성될 수 있는지를 연구할 수 있는 완벽한 실험실이 되어주고 있다.

이 성단에서 발견된 행성은 얼마되지 않으며, 그림의 이 행성은 태양의 쌍둥이 별을 공전하는 추가적인 특징을 가지고 있다.
태양의 쌍둥이 별이란 모든 면에서 태양과 거의 동일한 특성을 가진 별을 말한다.

         

태양의 쌍둥이 별을 공전하는 행성을 처음으로 발견하다.

 

천문학자들이 ESO의 HARPS 행성추적망원경 및 전세계의 다른 망원경들과 함께 M67 성단에서 별 주위를 공전하고 있는 3개의 행성을 찾아냈다.
비록 지금까지 1천개가 넘는 천체가 외계행성으로 확정된바 있긴 하지만 성단에서 행성이 발견된 경우는 얼마되지 않는다.
주목할만한 것은 이 행성들이 우리 태양과 매우 유사한 별 주위를 공전하고 있다는 것이다 - 이 별들은 여러 면에 있어서 우리 태양과 거의 같은 성격을 가지고 있다.

 

태양계 바깥에서 행성들이 별 주위를 공전하고 있는 현상은 지금은 매우 일반적으로 알려져 있는 사실이다.
지금까지 발견된 이들 외계행성들은 연령과 화학적 조성이 모두 다양하고 우주 전역에 걸쳐 존재하고 있다.  
 
그러나 지금까지 성단 내부에서 발견된 행성은 얼마 되지 않았다.[1]
대부분의 별들이 이와 같은 성단에서 탄생된다는 사실을 볼 때, 이것은 매우 특이한 현상이다.

천문학자들은 성단내에 이토록 이상하게 행성이 없는 것을 설명하기 위해 성단내의 행성 형성에는 뭔가 다른 기재가 작용할 것이라고 의심해왔다.

이번 논문의 수석 저자이자 독일 막스플랑크 천체물리학 연구소의 안나 브루칼라시(Anna Brucalassi)와 그녀의 동료들은 좀더 많은 사실을 찾기를 원했다.
"M67 성단 내의 별들은 우리 태양과 거의 비슷한 연령과 조성을 가지고 있습니다.
따라서 M67은 이처럼 별들이 빽빽이 몰려있는 환경에서 얼마나 많은 행성들이 만들어지는지, 그리고 이 행성들 대부분이 훨씬 무거운 별 주위에서 만들어지는지 아니면 훨씬 가벼운 별 주위에서 만들어지는 여부를 연구하는데 있어 완벽한 실험실이라고 할 수 있습니다."

 

연구팀은 칠레 라실라 천문대 ESO 3.6 미터 망원경에 장착된 HARPS 행성 추적 장치를 사용했으며 연구 결과는 전세계의 다른 망원경들을 통한 관측를 통해 보강되었다. [2]

연구진은 M67에서 88개의 선별된 별들을 주의깊게 관측하였으며[3] 이 별들의 주위에서 행성의 존재를 나타내는, 지구와 가까워지고 멀어지는 미세한 중력요동 현상을 6년동안 관측해왔다.
이 성단은 게자리에 2500광년 떨어져 있으며 약 오백여개의 별들이 몰려있다.

 

 

 

Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

 

 

표> 이 도표는 게자리에 위치하는 산개성단 M67의 위치를 보여주고 있다.

표에 담긴 대부분의 별들은 최적의 조건하에서라면 모두 육안으로 볼 수 있는 별들이며 M67의 위치는 붉은 색 원으로 표시되어 있다.

이 천체는 쌍안경 정도로도 찾아볼 수 있지만 이 성단 내의 별들은 중급 정도의 망원경이 있어야 관측이 가능하다.

 

이 성단의 많은 별들은 외계행성을 탐색하기 위해 일반적으로 선정되는 대상 별들에 비해 희미하여, 따라서 행성의 존재 가능성 신호를 포착하기 위해 HARPS의 탐색능력을 극단까지 밀어붙여야 했다.

 

이 와중에 3개의 행성이 발견되었는데 그 중 두 개는 우리 태양과 유사한 별 주위를 공전하고 있었으며 하나는 적색거성으로 진화된 훨씬 무거운 별 주위를 공전하고 있었다.
태양과 유사한 별 주위를 공전하는 두 개의 행성은 목성 질량의 1/3정도에 해당하며 자신의 별을 각각 7일과 5일 주기로 공전하고 있었다.
그리고 나머지 하나의 행성은 자신의 별 주위를 122일 주기로 공전하고 있으며 목성보다 더 무거운 질량을 가지고 있다.[4]

 

이 행성들 중 첫번재 행성은 주목할만한 별 주위를 공전하는 것으로 관측되었다.
이 별은 지금까지 식별된 별 중 가장 태양과 유사한 성질을 가지고 있는 별이었으며 거의 모든 특징이 태양과 유사했다. [5].

이 별은 행성을 가지고 있는 첫번째 태양의 쌍둥이 별에 해당한다.

 

세 개의 행성 중 두 개는 "뜨거운 목성"급에 해당하는 행성이다.- 이 행성의 크기는 목성과 비견될만 하지만 자신의 별에 훨씬 가깝게 붙어있어 훨씬 고온을 유지하고 있다.
3개 행성 모두 액체상태의 물이 존재할 수 있는 생명체 서식 가능 지역보다 자신의 별에 훨신 가깝게 붙어있다.

 

이번 논문의 공동저자인 ESO의 루카 파스퀴니(Luca Pasquini)의 설명은 다음과 같다.[6]
"이번에 새로 발견된 행성들은 산개성단에 존재하는 행성들도 외따로 존재하는 행성들만큼이나 일반적인 현상일 수 있음을 보여주고 있습니다.

다만 이들은 탐지해내기가 쉽지 않을 뿐이죠.
이번 연구 결과는 성단에서 행성들을 탐색했지만 실패했던 이전의 작업들과는 반대 결과입니다만, 다른 최근의 관측들과는 합치하는 결과를 보여주었죠.
우리는 행성을 보유한 별들과 그렇지 않은 별들이 어떻게 질량과 화학적 구성차이를 보이는지를 알아내기 위해 이 성단에 대한 연구를 계속할 것입니다."
 

Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2  Acknowledgement: Davide De Martin

 

 

사진> 늙은 산개성단 M67과 그 주변의 하늘을 담고 있는 이 광대역 사진은 DSS2의 일환으로 촬영된 것이다.

M67은 사진 한복판에 별들이 뭉쳐있는 모습으로 보인다.

M67에 소속되어 있는 별들은 모두 우리 태양과 동일한 나이를 가지고 있으며 그 화학적 조성도 비슷하다.

 

 

각주

 

[1] 성단에는 두 가지 주요 유형이 있다. 우선 하나는 산개성단이다.

산개 성단은 그리 멀지 않은 과거에 하나의 가스 및 먼지구름으로부터 일단의 별들이 만들어진 경우이다.  

이러한 산개성단은 우리 은하와 같은 은하의 나선팔에서 주로 발견된다. 
나머지 하나는 구상성단으로서 이 성단은 아주 오래된 별들이 훨씬 거대한 크기의 구형 집합체를 이루고 있으며 은하중심을 공전하고 있다. 
주의깊은 탐색에도 불구하고 구상성단에서는 일체의 행성이 발견되지 않았으며 산개성단에서 발견된 행성은 6개가 채 되지 않는다. 
지난 2년동안 산개 성단에서 발견된 행성이 발견된 경우는 NGC 6811과 M44에서가 전부이며, 

최근에는 지근거리에 위치하는 히아데스 성단에서 하나가 발견되기도 했다.

 

[2] 이 작업에는 프랑스 오뜨 천문대에 있는 SOPHIE 와 칠레 라실라 천문대에 있는 스위스 1.2미터 레오나드 율러 망원경, 그리고 미국 텍사스 주의 하비 에벌리 망원경이 사용되었다.

 

[3] 대부분의 산개성단은 수천만 년에 걸쳐 흩어진다. 
그러나 성단에 별들이 고밀도로 모여있다면 성단은 훨씬 오랜 시간동안 유지된다. 
M67이 바로 그런 예에 해당하는 성단이며 지구와 지근거리에 위치하여 최적의 연구대상이 되는 오래된 성단 중 하나이다.

 

[4] 시선속도법을 이용하여 관측된 행성질량측정치는 좀더 낮은 측정치이다. 
만약 행성의 공전궤도의 경사도가 높으면 질량은 더 높게 나오고 동일한 관측 효과를 만들어내게 된다.

 

[5] 태양의 쌍둥이별(Solar twins), 태양과 유사한 별(solar analogues), 태양 유형의 별(solar-type stars)등은 태양과의 유사성에 따라 구분되는 별의 범주이다.

태양의 쌍둥이별(Solar twins)의 경우가 태양과 가장 유사한 별로서 질량, 온도, 화학적 조성에서 모두 태양과 유사성을 보이는 별을 말한다. 
태양의 쌍둥이별(Solar twins)은 매우 희귀한 유형이만 태양과의 유사성이 좀 떨어지는 나머지 유형의 별들은 훨씬 일반적으로 존재한다.

      

[6] M67의 88개 별들을 샘플로해서 3개의 행성이 발견된 비율은 성단에 소속되어 있지 않은 외딴 별들 주위에 존재하는 행성의 평균 비율에 근접하는 수치이다.

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2014년 1월 15일자
          http://www.eso.org/public/news/eso1402/
          

 

참고> M67을 비롯한 각종 성단에 대한 포스트는 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346975

 

원문>

First Planet Found Around Solar Twin in Star Cluster

 

Six-year search with HARPS finds three new planets in Messier 67

 

15 January 2014

 

 

Astronomers have used ESO's HARPS planet hunter in Chile, along with other telescopes around the world, to discover three planets orbiting stars in the cluster Messier 67. Although more than one thousand planets outside the Solar System are now confirmed, only a handful have been found in star clusters. Remarkably one of these new exoplanets is orbiting a star that is a rare solar twin — a star that is almost identical to the Sun in all respects.

 

Planets orbiting stars outside the Solar System are now known to be very common. These exoplanets have been found orbiting stars of widely varied ages and chemical compositions and are scattered across the sky. But, up to now, very few planets have been found inside star clusters [1]. This is particularly odd as it is known that most stars are born in such clusters. Astronomers have wondered if there might be something different about planet formation in star clusters to explain this strange paucity.

 

Anna Brucalassi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany), lead author of the new study, and her team wanted to find out more. “In the Messier 67 star cluster the stars are all about the same age and composition as the Sun. This makes it a perfect laboratory to study how many planets form in such a crowded environment, and whether they form mostly around more massive or less massive stars.”

 

The team used the HARPS planet-finding instrument on ESO's 3.6-metre telescope at the La Silla Observatory. These results were supplemented with observations from several other observatories around the world [2]. They carefully monitored 88 selected stars in Messier 67 [3] over a period of six years to look for the tiny telltale motions of the stars towards and away from Earth that reveal the presence of orbiting planets.

 

This cluster lies about 2500 light-years away in the constellation of Cancer (The Crab) and contains about 500 stars. Many of the cluster stars are fainter than those normally targeted for exoplanet searches and trying to detect the weak signal from possible planets pushed HARPS to the limit.

 

Three planets were discovered, two orbiting stars similar to the Sun and one orbiting a more massive and evolved red giant star. The first two planets both have about one third the mass of Jupiter and orbit their host stars in seven and five days respectively. The third planet takes 122 days to orbit its host and is more massive than Jupiter [4].

 

The first of these planets proved to be orbiting a remarkable star — it is one of the most similar solar twins identified so far and is almost identical to the Sun (eso1337) [5]. It is the first solar twin in a cluster that has been found to have a planet.

 

Two of the three planets are “hot Jupiters” — planets comparable to Jupiter in size, but much closer to their parent stars and hence much hotter. All three are closer to their host stars than the habitable zone where liquid water could exist.

 

“These new results show that planets in open star clusters are about as common as they are around isolated stars — but they are not easy to detect,” adds Luca Pasquini (ESO, Garching, Germany), co-author of the new paper [6]. “The new results are in contrast to earlier work that failed to find cluster planets, but agrees with some other more recent observations. We are continuing to observe this cluster to find how stars with and without planets differ in mass and chemical makeup.”

 

Notes

 

[1] Star clusters come in two main types. Open clusters are groups of stars that have formed together from a single cloud of gas and dust in the recent past. They are mostly found in the spiral arms of a galaxy like the Milky Way. on the other hand globular clusters are much bigger spherical collections of much older stars that orbit around the centre of a galaxy. Despite careful searches, no planets have been found in a globular cluster and less than six in open clusters. Exoplanets have also been found in the past two years in the clusters NGC 6811 and Messier 44, and even more recently one has also been detected in the bright and nearby Hyades cluster.

 

[2] This work also used observations from the SOPHIE instrument at the Observatoire de Haute-Provence in France, the Swiss 1.2-metre Leonhard Euler Telescope at ESO's La Silla Observatory in Chile and the Hobby Eberly Telescope in Texas, USA.

 

[3] Most open clusters dissipate after a few tens of million years. However, clusters that form with a higher density of stars can stay together for much longer. Messier 67 is an example of such a long-lived older cluster and is one of the oldest and best-studied of such clusters close to the Earth.

 

[4] Mass estimates for planets observed using the radial velocity method are lower estimates: if the planet's orbit is highly inclined it could have a higher mass and create the same observed effects.

 

[5] Solar twins, solar analogues and solar-type stars are categories of stars according to their similarity to the Sun. Solar twins are the most similar to the Sun, as they have very similar masses, temperatures, and chemical abundances. Solar twins are very rare, but the other classes, where the similarity is less precise, are much more common.

 

[6] This detection rate of 3 planets in a sample of 88 stars in Messier 67 is close to the average frequency of planets around stars that are not members of clusters.

 

More information

 

This research was presented in a paper entitled “Three planetary companions around M67 stars“, by A. Brucalassi et al., to appear in the journal Astronomy & Astrophysics.

 

The team is composed of A. Brucalassi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany [MPE]; Sternwarte, Munich, Germany), L. Pasquini (ESO, Garching, Germany), R. Saglia (MPE; Sternwarte), M.T. Ruiz (Universidad de Chile, Santiago, Chile), P. Bonifacio (GEPI, Observatoire de Paris, CNRS, Univ. Paris Diderot, France), L. R. Bedin (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Italy), K. Biazzo (INAF - Osservatorio Astronomico di Catania, Catania, Italy), C. Melo (ESO, Santiago, Chile), C. Lovis (Observatoire de Geneve, Switzerland) and S. Randich (INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Italy).

 

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world's most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 15 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world's most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world's largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is the European partner of a revolutionary astronomical telescope ALMA, the largest astronomical project in existence. ESO is currently planning the 39-metre European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, the E-ELT, which will become “the world's biggest eye on the sky”.

 

Links

 

• Research paper: A&A letter
• Photos of the ESO 3.6-metre telescope

 

Contacts

 

Anna Brucalassi
Max Planck Institut for Extraterrestrial Physics
Garching, Germany
Tel: +49 89 30000 3022
Email: abrucala@mpe.mpg.de

 

Luca Pasquini
ESO
Garching, Germany
Tel: +49 89 3200 6792
Email: lpasquin@eso.org

 

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org