HD 219134b : 가장 가까운 암석질 외계행성

 

Credit : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

 

그림 1> 이 그림은 지구에서 가장 가까운 암석질 외계행성인 HD 219134b의 모습을 상상해본 것이다.

이 행성의 크기는 지구의 1.6배이며 3일을 주기로 공전하고 있다.

과학자들은 질량과 크기 측정치에 의해 암석질 행성으로 판명된 이 행성이 자신의 별에 가득 그을린 뜨거운 행성으로서 화산활동과 같은 지질학적 활동으로 인해 군데군데가 녹은 지각으로 뒤덮혀 있을 것으로 예상하고 있다.

 

 

천문학자들이 스피처 우주망원경을 이용하여 태양계 너머에서 가장 가까운 암석질 행성의 존재를 확정했다.

이 행성은 지구보다 큰 크기를 가지고 있으며 과학적 데이터의 노다지를 품고 있을 가능성이 있는 행성이다.

 

HD 219134b 라는 이름의 이 외계행성은 21광년 거리에 위치하고 있으며 자신의 별에 바짝 다가서 있어 생명체는 살 수 없는 행성이다.

이 행성은 비록 어떤 망원경을 활용하더라도 직접적인 관측이 불가능하긴 하지만 이 행성이 공전하고 있는 별은 카시오페이아 자리 방향으로 맨눈으로도 볼 수 있는 별이다.

 

Credit : NASA/JPL-Caltech/DSS

 

표1> 이 별지도는 지구와 가장 가까운 거리의 암석질 외계행성으로 확정된 행성의 별 HD 219134 의 위치(원 표시)를 보여주고 있다.

이 별은 카시오페이아 자리가 만드는 W 모양의 바로 바깥쪽에 위치하며 맨눈으로도 충분히 볼 수 있는 별이다.

이 별은 여러 개의 행성을 거느리고 있으나 이 중에서 생명체가 서식할만한 행성은 존재하지 않는다.

 

 

HD 219134b는 또한 행성이 별의 전면을 가로지르는 식 현상을 통해 감지된 가장 가까운 외계행성이기 때문에 보다 광범위한 연구가 진행되기에도 최적의 대상이 되는 외계행성이다.

NASA 제트추진연구소의 스피처 미션 프로젝트 과학자 마이클 워너(Michael Werner)의 설명은 다음과 같다.
"식현상에 의해 발견되는 외계행성들은 광범위한 연구가 가능하다는 점에서 그 자체가 노다지라 할 수 있습니다.
이 외계행성은 향후 수년동안 가장 많은 연구가 진행되는 외계행성이 될 것입니다."

카나리 제도의 이탈리아 3.6미터 갈릴레오 국제망원경에 장착된 HARPS-North 장비를 이용하여 발견된 이 행성에 대한 연구논문이 천문 및 천체물리학 저널( the journal Astronomy & Astrophysics )에 개재될 예정이다.

 

이번 논문의 수석 저자인 스위스 제네바 천문대의 아띠 모탈레비(Ati Motalebi)는 이 행성이 2018년 발사될 제임스웹 우주 망원경에게 있어 최상의 관측대상 행성이 될 것이라 생각하며 제임스웹 우주 망원경과 향후 지상에 추가로 설치될 거대 천문대에 의해 보다 세부적으로 연구될 것이라고 말했다.

식현상에 의해 외계행성이 감지되려면 행성이 반드시 지구방향으로 도열하여 공전하고 있어야 한다.

행성의 공전궤도가 자신의 별과 지구 사이에 있고, 그 방향이 지구에서 보는 시선상향에 딱 맞아떨어지는 상태에서 행성이 자신의 별 전면을 지날 때, 별빛이 희미해지는 양상을 나타내게 된다.

이처럼 별빛이 희미해지는 것을 스피처우주망원경과 같은 관측 기구가 포착하게 되면, 이로부터 이 외계행성의 크기뿐 아니라 조성도 알 수 있는 단서들이 드러나게 된다.

 

 

Credit : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

 

그림2> 이 상상화는 자신의 별 전면을 지나는 암석질 행성 HD 219134b의 모습을 묘사하고 있다.

21광년 거리의 이 행성은 태양계 바깥에서 식 현상을 통해 발견된 외계행성으로는 가장 가까운 위치의 행성이다.
이 행성은 천문학자들에게는 일종의 보너스가 되는 행성인데 식현상을 나타내는 외계행성은 해당 행성의 대기를 면밀하게 분석할 수 있는 최상의 표본이 되기 때문이다.

이 상상화는 자신의 별에 대한 행성의 크기를 정확하게 묘사하고 있으며 이 행성이 자신의 별 전면을 지나는 중간 지점 역시 정확하게 표현하고 있다.

자신의 별 전면을 지나는 행성은 행성의 조성과 대기에 대한 연구를 원하는 천문학자들에게는 이상적인 관측 대상이 된다.

행성이 자신의 별 전면을 지날 때 별빛이 약간 흐려지게 되고, 관측기구들은 이러한 효과를 측정하게 된다.

만약 행성의 대기에 특정 분자가 있다면 이 분자들이 별빛에 특정 흡수선을 만들게 된다.

이런 종류의 기술은 향후에도 생명체의 서식이 가능한 행성 및 생명체의 신호를 발견하는데 지속적으로 활용될 것이다.

 

Credit : NASA/JPL-Caltech

 

표2> 이 표는 HD 219134b가 자신의 별 전면을 지나는동안 발생하는 별빛의 변화를 보여주고 있다.

스피처우주망원경을 이용하여 몇시간에 걸쳐 별빛의 밝기 변화를 주의깊게 측정한 결과 행성이 자신의 별에서 극히 일부를 가리게 될 때 나타나는 미세한 빛의 감소를 포착해낼 수 있었다.

이번 관측은 2015년 4월 14일, 4.5마이크론 파장의 적외선으로 이루어졌다.

이 행성의 크기는 지구의1.6배였지만 이 행성에 의해 떨어진 별빛의 밝기는 0.04%가 채 되지 않는다.

이 별은 지구로부터 21광년밖에 떨어져 있기 않은 밝게 빛나는 별로서 카시오페이아 자리 방향으로 맨눈으로도 관측할 수 있는 별이다.

이처럼 가까운 거리로 인해 별빛의 미세한 밝기 변화 역시 훨씬 멀리 떨어져 있는 별들보다 수월하게 측정할 수 있었다.

 

 

이번 논문의 공동저자인 하바드 스미스소니언 천체물리센터의 라스 A. 부크하베(Lars A. Buchhave)는 대부분의 외계행성들이 수백광년씩 떨어져 있음에 반해 이 외계행성은 바로 옆집에 붙어있는 셈이라고 평가했다.

참고로 지금까지 알려진 외계행성 중 가장 가까운 거리에 위치하는 외계행성은 14.8광년 거리의 GJ674b 인데 이 행성의 특성에 대해서는 전혀 알려진 바가 없는 상태이다.

 

HD 219134b가 처음으로 발견되었을 때는 시선속도 기법(the radial velocity technique)이라 불리는 방법을 통해 발견되었다.
이것은 행성의 질량과 공전궤도가 자신의 별에 측정가능한 만큼의 중력 요동을 만들어내는 현상을 잡아내는 기술이다.

HD 219134b의 질량은 지구 대비 4.5배이며 3일에 한 번이라는 맹렬한 속도로 자신의 별 주위를 공전하고 있다.

이후 스피처 우주망원경을 이용한 후속 관측을 통해 이 행성이 자신의 별 전면을 지난다는 사실을 알게되었으며  행성의 크기가 지구의 1.6배임을 알 수 있게 되었다.

크기와 질량 측정치가 도출됨에 따라 이 행성의 밀도는 이 세제곱 센티미터당 6그램이라고 계산되었으며 이에 따라 HD 219134b는 암석질 행성으로 분류되었다.

 

오늘날 많은 천문학자들은 HD 219134b가 자신의 별 전면을 가로지르는 외계행성이라는 사실을 알게 되었고 이들은 지상과 우주에 있는 망원경을 이용하여 이 외계행성을 앞다투어 연구하게 될 것이다.

 

이 행성에 대한 연구의 목표는 희미해지는 별빛으로부터 이 행성의 화학적 정보를 끄집어내는데 있다.

만약 이 행성이 대기를 가지고 있다면 대기상의 화학적 특성들이 별빛에 흔적을 남기고 있을 것이다.

 

지구보다 큰 크기를 가진 이와 같은 암석질 행성들은 규모에 따른 외계행성분류에서 슈퍼-지구라는 이름으로 불린다.

 

이 행성의 식현상을 감지해낸 스피처우주망원경을 이용한 관측을 이끈  리에주 대학 미카엘 길룐(Michael Gillon )의 소감은 다음과 같다.
"NASA의 케플러우주망원경 덕분에 우리는 슈퍼-지구급의 행성이 미리내에 두루 있을 거라는 것을 알게 되었습니다.
그러나 여전히 우리가 알고 있는 행성은 얼마되지 않죠.
지금 우리는 매우 세밀한 연구가 가능한 가까운 거리의 표본을 얻게 된 것입니다."

 

HARPS-North를 이용한 추가 관측을 통해 HD 219134 별은 HD 219134b보다 더 멀리 위치한 행성 3개를 더 거느리고 있다는 사실이 밝혀졌다.

이 중 두개 는 상대적으로 작은 행성이긴 하나 별로부터 그다지 멀리 떨어져 있지는 않다.

행성들이 촘촘하게 몰려있는 다중 행성계는 우리 태양계와는 완전히 다른 모습이지만, 슈퍼-지구급 행성의 발견은 지속적으로 그 수를 늘려가고 있다.

 

출처 : NASA Spitzer Space Telescope Recent News  2015년 7월 30일 
 

참고 : HD 219134b를 비롯한 각종 외계행성에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

07.30.15

NASA's Spitzer Confirms Closest Rocky Exoplanet

Using NASA's Spitzer Space Telescope, astronomers have confirmed the discovery of the nearest rocky planet outside our solar system, larger than Earth and a potential gold mine of science data.

Dubbed HD 219134b, this exoplanet, which orbits too close to its star to sustain life, is a mere 21 light-years away. While the planet itself can't be seen directly, even by telescopes, the star it orbits is visible to the naked eye in dark skies in the Cassiopeia constellation, near the North Star.

HD 219134b is also the closest exoplanet to Earth to be detected transiting, or crossing in front of, its star and, therefore, perfect for extensive research.

"Transiting exoplanets are worth their weight in gold because they can be extensively characterized," said Michael Werner, the project scientist for the Spitzer mission at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California. "This exoplanet will be one of the most studied for decades to come."

The planet, initially discovered using the HARPS-North instrument on the Italian 3.6-meter Galileo National Telescope in the Canary Islands, is the subject of a study accepted for publication in the journal Astronomy & Astrophysics.

Study lead author Ati Motalebi of the Geneva Observatory in Switzerland said she believes the planet is the ideal target for NASA's James Webb Space Telescope in 2018.

"Webb and future large, ground-based observatories are sure to point at it and examine it in detail," Motalebi said.

Only a small fraction of exoplanets can be detected transiting their stars due to their relative orientation to Earth. When the orientation is just right, the planet's orbit places it between its star and Earth, dimming the detectable light of its star. It's this dimming of the star that is actually captured by observatories such as Spitzer and can reveal not only the size of the planet but also clues about its composition.

"Most of the known planets are hundreds of light-years away. This one is practically a next-door neighbor," said astronomer and study co-author Lars A. Buchhave of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts. For reference, the closest known planet is GJ674b at 14.8 light-years away; its composition is unknown.

HD 219134b was first sighted by the HARPS-North instrument and a method called the radial velocity technique, in which a planet's mass and orbit can be measured by the tug it exerts on its host star. The planet was determined to have a mass 4.5 times that of Earth, and a speedy three-day orbit around its star.

Spitzer followed up on the finding, discovering the planet transits its star. Infrared measurements from Spitzer revealed the planet's size, about 1.6 times that of Earth. Combining the size and mass gives it a density of 3.5 ounces per cubic inch (six grams per cubic centimeter) -- confirming HD 219134b is a rocky planet.

Now that astronomers know HD 219134b transits its star, scientists will be scrambling to observe it from the ground and space. The goal is to tease chemical information out of the dimming starlight as the planet passes before it. If the planet has an atmosphere, chemicals in it can imprint patterns in the observed starlight.

Rocky planets such as this one, with bigger-than-Earth proportions, belong to a growing class of planets termed super-Earths.

"Thanks to NASA's Kepler mission, we know super-Earths are ubiquitous in our galaxy, but we still know very little about them," said co-author Michael Gillon of the University of Liege in Belgium, lead scientist for the Spitzer detection of the transit. "Now we have a local specimen to study in greater detail. It can be considered a kind of Rosetta Stone for the study of super-Earths."

Further observations with HARPS-North also revealed three more planets in the same star system, farther than HD 219134b. Two are relatively small and not too far from the star. Small, tightly packed multi-planet systems are completely different from our own solar system, but, like super-Earths, are being found in increasing numbers.

JPL manages the Spitzer mission for NASA's Science Mission Directorate in 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 Co. in Littleton, Colorado. Data are archived at the Infrared Science Archive, housed at Caltech's Infrared Processing and Analysis Center.