외계행성의 크기에 대한 가장 정밀한 측정이 수행되다.

 

Image Credit: NASA/JPL-Caltech

 

이 상상화에서 묘사하듯이 NASA의 케플러 우주망원경과 스피처 우주망원경의 관측 데이터를 이용하여 과학자들이 외계행성의 크기에 대해 수행된 지금까지의 측정 중 가장 정확한 측정을 이루어냈다.

 

NASA의 케플러 위성과 스피처 우주망원경에 감사를!
과학자들이 태양계 밖의 외계행성에 대해 지금까지 수행되어 것중 가장 정확한 반경 측정을 이루어냈다.

 

케플러 93b(Kepler-93b)라는 이름의 이 외계행성의 직경이 갖는 불확실성은 고작 119킬로미터밖에 되지 않는 것으로 알려졌다.
이번 작업으로 케플러 93b의 크기는 지구의 1.5배인 '슈퍼지구'급 행성으로 확정되었다.

 

비록 우리 은하에서 슈퍼-지구 급 행성들은 일반적으로 존재하는 행성이지만 우리 태양계에는 존재하지 않는 유형의 행성이다.

따라서 케플러 93b와 같은 외계행성은 주요 분류군인 이 유형의 행성을 연구할 수 있는 연구소라 할 수 있다.

 

슈퍼 지구의 크기와 질량에 대한 한정치를 통해 과학자들은 이처럼 기이한 행성을 구성하고 있는 것이 무엇인지에 대한 이론화 작업을 마침내 시작할 수 있게 되었다.
하와이 켁 천문대에서 수행된 이전의 측정 자료들은 케플러 93b의 질량이 지구의 약 3.8배인 것으로 측정하였다.
이번에 새로 수집된 반경과 질량 정보로부터 유추된 케플러 93b의 밀도는 이 행성이 우리 지구처럼 철과 암석으로 이루어져 있을 가능성이 있음을 말해주었다. 
 

아스트로피지컬 저널(the Astrophysical Journal)에 개재된 이번 논문의 수석저자이자 워싱턴 대학 NASA 칼 세이건 재단의 사라 발라드(Sarah Ballard)의 설명은 다음과 같다.
"케플러 및 스피처 우주망원경을 이용하여 우리는 외계 행성의 크기에 대해 가장 정밀한 측정을 수행할 수 있었습니다.
이것은 이들 멀리 떨어진 행성을 이해하는데 있어서 핵심이 되는 정보죠.
이번 측정치의 정확성을 비유하자면 목성에 서 있는 180센티미터 키의 사람을 2센티미터 이내의 오차 범위에서 측정할 수 있는 정도의 수준이랍니다."

 

케플러 93b는 우리 태양 질량과 반경의 90퍼센트 정도 규모를 가진 300광년 거리의 별 주위를 공전하고 있다.

이 외계행성의 공전 거리는 우리 태양과 수성 거리의 6분의 1정도밖에 되지 않아 760도의 온도로 바짝 타고 있는 행성이다.
그 구성성분이 지구와 매우 유사함에도 불구하고 케플러 93b는 생명체가 살기에는 너무나 뜨거운 행성인 것이다.

 

이 바짝 구워진 행성의 반경을 측정하기 위해 케플러와 스피처 우주망원경은 이 행성이 자신의 별 전면을 지나는 식현상 때, 대단히 미미한 수준으로 가려지는 별빛을 관측하였다.

케플러의 단호한 시선은 동시에 별빛 내부에서 일어나는 격심한 변화에 의해 별빛이 흐려지는 양상도 동시에 추적했다.
이러한 자료들은 별의 내부구조에 대한 정확한 정보도 함께 담게 되었다.

 

연구팀은 이러한 자료들을 이용하여 별의 반경도 측정하였는데 이는 행성의 반경을 측정하는 핵심적인 정보이기도 했다.
한편 스피처 우주망원경의 경우는, 케플러 우주망원경이 가시광 측정을 진행할 때, 적외선 영역에서 이 행성이 식현상을 일으키고 있음을 확증해냈다.

스피처에 의해 수집된 이러한 확정 데이터는 케플러의 관측이 위조되었거나 이른바 '잘못된 판정(위양성, false positive)'이라 불리는 상황에 해당할 가능성은 없음을 확인해 준 것이다.

 

이러한 합동 작업에 의해  Kepler-93b의 반경을 측정한 데이터의 오차범위는 1퍼센트 정도에 지나지 않는 정확도를 가지고 있음을 장담할 수 있게 되었다.
이러한 측정치는 이 행성의 지름이 약 18,800킬로미터이며 +/- 240킬로미터의 오차범위를 가지고 있음을 의미한다.

 

스피처는 Kepler-93b가 2010년과 2011년 총 7번에 걸쳐 발생시킨 식현상에 대한 데이터를 보유하고 있다.

이 식현상 중 세 번은 "픽업(peak-up)"이라는 관측 기술을 이용하여 기록되었다.

 

2011년 스피처 엔지니어들은 스피처 우주망원경의 픽업 카메라의 용도를 변경하였다.

이 카메라는 원래 망원경의 지향방향을 정확하게 하는데 사용되었으나 지금은 적외선 카메라의 개개 픽셀에 닿는 빛을 조정하는데 사용되고 있다.
이러한 수선의 결과 발라드와 그녀의 동료들은 외계행성 반경에 대한 스피처 측정치의 불확실성 범주를 반으로 줄일수 있었으며
스피처와 케플러 측정치간의 일치정도를 개선시킬 수 있었다.

 

NASA 제트추진연구소 스피처 망원경 프로젝트 과학자인 마이클 워너(Michael Werner)의 소감은 다음과 같다.
"발라드와 그녀의 팀은 스피처 우주망원경이 외계행성의 관측에 새롭게 다가서는 능력을 보여주면서 크나큰 과학적 진보를 이뤄냈다고 할 수 있습니다."

 

 

출처 : NASA - Kepler Mission
        http://www.nasa.gov/jpl/spitzer/kepler/precise-measurement-alien-world-20140723/

 

참고 : Kepler-93b를 비롯한 각종 외계행성에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

The Most Precise Measurement of an Alien World's Size

 

 

Thanks to NASA's Kepler and Spitzer Space Telescopes, scientists have made the most precise measurement ever of the radius of a planet outside our solar system. The size of the exoplanet, dubbed Kepler-93b, is now known to an uncertainty of just 74 miles (119 kilometers) on either side of the planetary body.

The findings confirm Kepler-93b as a "super-Earth" that is about one-and-a-half times the size of our planet. Although super-Earths are common in the galaxy, none exist in our solar system. Exoplanets like Kepler-93b are therefore our only laboratories to study this major class of planet.

With good limits on the sizes and masses of super-Earths, scientists can finally start to theorize about what makes up these weird worlds. Previous measurements, by the Keck Observatory in Hawaii, had put Kepler-93b's mass at about 3.8 times that of Earth. The density of Kepler-93b, derived from its mass and newly obtained radius, indicates the planet is in fact very likely made of iron and rock, like Earth. 

"With Kepler and Spitzer, we've captured the most precise measurement to date of an alien planet's size, which is critical for understanding these far-off worlds," said Sarah Ballard, a NASA Carl Sagan Fellow at the University of Washington in Seattle and lead author of a paper on the findings published in the Astrophysical Journal.

"The measurement is so precise that it's literally like being able to measure the height of a six-foot tall person to within three quarters of an inch -- if that person were standing on Jupiter," said Ballard.

Kepler-93b orbits a star located about 300 light-years away, with approximately 90 percent of the sun's mass and radius. The exoplanet's orbital distance -- only about one-sixth that of Mercury's from the sun -- implies a scorching surface temperature around 1,400 degrees Fahrenheit (760 degrees Celsius). Despite its newfound similarities in composition to Earth, Kepler-93b is far too hot for life.  

To make the key measurement about this toasty exoplanet's radius, the Kepler and Spitzer telescopes each watched Kepler-93b cross, or transit, the face of its star, eclipsing a tiny portion of starlight. Kepler's unflinching gaze also simultaneously tracked the dimming of the star caused by seismic waves moving within its interior. These readings encode precise information about the star's interior. The team leveraged them to narrowly gauge the star's radius, which is crucial for measuring the planetary radius.

Spitzer, meanwhile, confirmed that the exoplanet's transit looked the same in infrared light as in Kepler's visible-light observations. These corroborating data from Spitzer -- some of which were gathered in a new, precision observing mode -- ruled out the possibility that Kepler's detection of the exoplanet was bogus, or a so-called false positive.

Taken together, the data boast an error bar of just one percent of the radius of Kepler-93b. The measurements mean that the planet, estimated at about 11,700 miles (18,800 kilometers) in diameter, could be bigger or smaller by about 150 miles (240 kilometers), the approximate distance between Washington, D.C., and Philadelphia.

Spitzer racked up a total of seven transits of Kepler-93b between 2010 and 2011. Three of the transits were snapped using a "peak-up" observational technique. In 2011, Spitzer engineers repurposed the spacecraft's peak-up camera, originally used to point the telescope precisely, to control where light lands on individual pixels within Spitzer's infrared camera.

The upshot of this rejiggering: Ballard and her colleagues were able to cut in half the range of uncertainty of the Spitzer measurements of the exoplanet radius, improving the agreement between the Spitzer and Kepler measurements.

"Ballard and her team have made a major scientific advance while demonstrating the power of Spitzer's new approach to exoplanet observations," said Michael Werner, project scientist for the Spitzer Space Telescope at NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California.

JPL manages the Spitzer Space Telescope mission for NASA's Science Mission Directorate, Washington. Science operations are conducted at the Spitzer Science Center at the California Institute of Technology in Pasadena. Spacecraft operations are based at Lockheed Martin Space Systems Company, Littleton, Colorado. Data are archived at the Infrared Science Archive housed at the Infrared Processing and Analysis Center at Caltech. Caltech manages JPL for NASA.

NASA's Ames Research Center in Moffett Field, California, is responsible for Kepler's ground system development, mission operations and science data analysis. JPL managed Kepler mission development. Ball Aerospace & Technologies Corp. in Boulder, Colorado, developed the Kepler flight system and supports mission operations with the Laboratory for Atmospheric and Space Physics at the University of Colorado in Boulder. The Space Telescope Science Institute in Baltimore archives, hosts and distributes Kepler science data. Kepler is NASA's 10th Discovery Mission and was funded by the agency's Science Mission Directorate.

For more information about the Kepler mission, visit:

http://www.nasa.gov/kepler

For more information about Spitzer, visit:

http://spitzer.caltech.edu

http://www.nasa.gov/spitzer

 

Whitney Clavin
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-4673
whitney.clavin@jpl.nasa.gov

2014-239