2016. 2. 18. 19:49ㆍ3. 천문뉴스/ESA 허블
Credit:ESA/Hubble
'슈퍼지구(super-Earths)'라는 유형으로 분류되는 외계행성 대기에 대한 분석이 처음으로 이루어졌다.
허블우주망원경에 의해 수집된 데이터와 새로운 분석 기법을 적용한 결과 게자리 55e 행성(55 Cancri e)은 일체의 수증기가 존재하지 않는 메마른 대기를 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.
천체물리학 저널(the Astrophysical Journal)에 개재될 예정인 이번 연구 결과는 이 행성의 대기가 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있음을 말해주고 있다.
영국 런던 컬리지 대학의 과학자들이 이끄는 국제연구팀은 지구의 8배 질량을 가진 슈퍼지구급 외계행성이자 상대적으로 가까운 거리에 위치하고 있는 게자리 55e 행성에 대한 관측을 진행해왔다. [1]
게자리 55별은 지구로부터 40 광년 거리에 위치하고 있다.
허블우주망원경에 탑재되어 있는 WFC3를 이용한 관측을 통해 관학자들은 이 외계행성의 대기를 분석할 수 있었다.
그리고 슈퍼지구급 외계헁성에 대해서는 처음으로 대기상의 가스를 감지한 사례가 되었다.
연구팀은 게자리 55e에 대한 관측 데이터에서 대기에 관한 정보를 상세하게 분석하여 수소와 헬륨의 존재를 식별하였으나 일체 수증기의 신호는 존재하지 않았다.
그림 1> 이 그림은 자신의 별 전면을 통과하는 게자리 55e 슈퍼지구의 모습을 그린 상상화이다.
허블우주망원경을 이용하여 수집된 관측 데이터와 새로운 분석기법인 적용된 소프트웨어를 활용하여 과학자들은 이 외계행성 대기의 조성을 분석할 수 있었다.
이는 슈퍼지구급 행성으로서는 처음으로 분석이 성공한 사례이다.
게자리 55e 행성은 지구로부터 40 광년거리에 위치하고 있으며 이 행성을 거느리고 있는 게자리 55별은 태양보다 약간 작고, 온도와 밝기도 약간 적은 별이다.
이 행성은 자신의 별에 워낙 가깝게 붙어 있어 1년은 18시간밖에 되지 않으며 표면 온도는 섭시 2,000도에 육박하는 것으로 생각되고 있다.
이번 연구 결과는 새로 개발된 처리 기술에 의해 수행될 수 있었다.
연구동료 잉고 왈드만(Ingo Waldmann) 및 마르코 로체토(Marco Rocchetto)와 함께 새로운 분석기법을 개발한 런던 컬리지 대학 박사과정의 앙캘로스 치아라스(Angelos Tsiaras)의 설명은 다음과 같다.
"처음으로 슈퍼지구급 행성 대기에서 대기를 구성하는 가스의 정체를 알려주는 분광자료를 발견할 수 있었다는 점에서 이번 연구 결과는 매우 흥미로운 결과입니다. 게자리 55e 행성의 대기에 대한 관측 결과는 행성이 형성될 때 모체가 되는 별구름으로부터 상당한 양의 수소와 헬륨을 물려받는다는 점을 말해주고 있습니다."
게자리 55e와 같은 슈퍼지구급 행성은 미리내에서 가장 일반적인 유형에 해당하는 행성으로 생각되고 있다.
'슈퍼지구'라는 분류명은 이들의 질량이 지구보다는 크지만 태양계에 존재하는 거대 가스상 행성들의 질량에 비해서는 턱없이 작기 때문에 붙여진 것이다.
허블우주망원경에 탑재되어 있는 WFC3 장비는 이미 다른 두 개의 슈퍼지구급 행성의 대기를 탐사하는데 사용된 바 있다.
그러나 당시 연구에서는 일체의 분광학적 특징들이 발견되지 않았었다.[2]
게자리 55e는 자신의 별에 매우 가깝게 붙어 공전하고 있는 특이한 슈퍼지구급 행성이다.
이 외계행성의 1년은 고작 18시간밖에 되지 않으며 그 표면 온도는 섭씨 2,000도에 육박하는 것으로 생각되고 있다.
이 외계행성이 자신의 별에서 매우 가깝게 붙어있기 때문에 연구팀은 이 행성이 자신의 별 전면을 지나는 동안 얻은 이 행성의 정보를 추출하는데 있어 새로운 분석기법을 적용해볼 수 있었다.
WFC3를 이용한 스캐닝을 매우 빠르게 진행하여 이 행성이 자신의 별 전면을 가로지르는 동안 여러 개의 분광 데이터를 만들어냈다.
이 관측자료들을 결합하여 분석 소프트웨어를 이용하여 처리함으로써, 과학자들은 자신의 별 속에 파묻혀 있는 게자리 55e의 스펙트럼을 분리해낼 수 있었다.
지오반나 티네티(Giovanna Tinetti)의 설명은 다음과 같다.
"이러한 작업을 통해 도출된 결과는 슈퍼지구급 행성의 대기에 대한 통찰을 처음으로 제공해 주었습니다.
이제 우리는 이 행성이 현재 어떤 상태이며 과거 어떻게 형성되었고, 어떤 진화를 거쳐왔을지에 대한 단서를 갖게 되었습니다.
이는 게자리 55e 행성과 다른 슈퍼지구급 행성에 있어 중요한 의미가 되죠."
흥미롭게도 이 데이터에는 시안화수소의 존재에 대한 힌트도 담겨 있다.
이는 이 행성의 대기에 탄소가 아주 많이 존재한다는 표시이기도 하다.
이번 관측데이터의 분석 결과를 지지하고 있는 게자리 55e 대기의 화학적 모델을 구축한 루벤 카톨릭대학교 올리비아 베놋(Olivia Venot)은 이처럼 많은 양의 시안화수소는 대기 상에 산소에 대한 탄소의 비율이 매우 높음을 말해주는 것일 수 있다고 말했다.
런던 컬리지 대학 조나단 테니슨(Jonathan Tennyson)의 소감은 다음과 같다.
"향후 몇 년 내에 차세대 적외선 망원경에 의해 이 행성의 대기에서 시안화 수소와 다른 분자들의 존재가 확정된다면,
이 행성은 탄소가 풍부하게 존재하는 매우 이국적인 곳이라는 사실을 지지해주는 결과가 될 것입니다.
하지만 시안화수소가 매우 독성이 강한 물질이라서 저로서는 이 행성에서 살고 싶지는 않을 것 같네요."
그림2> 게자리 55e 외계행성의 상상화
각주
[1] 게자리 55e별은 "다이아몬드 행성"으로 불렸던 곳이다.
이 행성의 질량과 반경을 기반으로 분석했을 때, 내부에 탄소가 상당히 많을 것이라는 생각이 이러한 이름을 만들게 된 원인이 되었다.
[2] 허블우주망원경은 통과현상 관측을 통해 2014년 GJ1214b 와 HD97658b라는 슈퍼지구급 행성을 관측한 바 있다.
당시 관측에서는 일체의 분광학적 특징이 발견되지 않았다.
이는 이 행성들의 대기가 수소보다 훨씬 무거운 분자들로 구성된 두꺼운 구름에 감싸여 있음을 의미하는 것이다.
(참고 : GJ1214b )
출처 : 유럽우주국(ESA) 허블 2016년 2월 16일 발표 뉴스
http://www.spacetelescope.org/news/heic1603/
참고 : 게자리 55e를 비롯한 각종 외계행성에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346973
원문>
heic1603 — Science Release
First Detection of Super-Earth Atmosphere
16 February 2016
For the first time astronomers were able to analyse the atmosphere of an exoplanet in the class known as super-Earths. Using data gathered with the NASA/ESA Hubble Space Telescope and new analysis techniques, the exoplanet 55 Cancri e is revealed to have a dry atmosphere without any indications of water vapour. The results, to be published in the Astrophysical Journal, indicate that the atmosphere consists mainly of hydrogen and helium.
The international team, led by scientists from University College London (UCL) in the UK, took observations of the nearby exoplanet 55 Cancri e, a super-Earth with a mass of eight Earth-masses [1]. It is located in the planetary system of 55 Cancri, a star about 40 light-years from Earth.
Using observations made with the Wide Field Camera 3 (WFC3) on board the NASA/ESA Hubble Space Telescope, the scientists were able to analyse the atmosphere of this exoplanet. This makes it the first detection of gases in the atmosphere of a super-Earth. The results allowed the team to examine the atmosphere of 55 Cancri e in detail and revealed the presence of hydrogen and helium, but no water vapour. These results were only made possible by exploiting a newly-developed processing technique.
“This is a very exciting result because it’s the first time that we have been able to find the spectral fingerprints that show the gases present in the atmosphere of a super-Earth,” explains Angelos Tsiaras, a PhD student at UCL, who developed the analysis technique along with his colleagues Ingo Waldmann and Marco Rocchetto. “The observations of 55 Cancri e’s atmosphere suggest that the planet has managed to cling on to a significant amount of hydrogen and helium from the nebula from which it originally formed.”
Super-Earths like 55 Cancri e are thought to be the most common type of planet in our galaxy. They acquired the name ‘super-Earth’ because they have a mass larger than that of the Earth but are still much smaller than the gas giants in the Solar System. The WFC3 instrument on Hubble has already been used to probe the atmospheres of two other super-Earths, but no spectral features were found in those previous studies [2].
55 Cancri e, however, is an unusual super-Earth as it orbits very close to its parent star. A year on the exoplanet lasts for only 18 hours and temperatures on the surface are thought to reach around 2000 degrees Celsius. Because the exoplanet is orbiting its bright parent star at such a small distance, the team was able to use new analysis techniques to extract information about the planet, during its transits in front of the host star.
Observations were made by scanning the WFC3 very quickly across the star to create a number of spectra. By combining these observations and processing them through analytic software, the researchers were able to retrieve the spectrum of 55 Cancri e embedded in the light of its parent star.
“This result gives a first insight into the atmosphere of a super-Earth. We now have clues as to what the planet is currently like and how it might have formed and evolved, and this has important implications for 55 Cancri e and other super-Earths,” said Giovanna Tinetti, also from UCL, UK.
Intriguingly, the data also contain hints of the presence of hydrogen cyanide, a marker for carbon-rich atmospheres.
“Such an amount of hydrogen cyanide would indicate an atmosphere with a very high ratio of carbon to oxygen,” said Olivia Venot, KU Leuven, who developed an atmospheric chemical model of 55 Cancri e that supported the analysis of the observations.
“If the presence of hydrogen cyanide and other molecules is confirmed in a few years time by the next generation of infrared telescopes, it would support the theory that this planet is indeed carbon rich and a very exotic place,” concludes Jonathan Tennyson, UCL. “Although hydrogen cyanide, or prussic acid, is highly poisonous, so it is perhaps not a planet I would like to live on!”
Notes
[1] 55 Cancri e has previously been dubbed the “diamond planet” because models based on its mass and radius have led to the idea that its interior is carbon-rich.
[2] Hubble observed the super-Earths GJ1214b and HD97658b in 2014, using the transit method. The observations did not show any spectral features, indicating an atmosphere covered by thick clouds made of molecular species much heavier than hydrogen.
More information
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.
The results were summarized by Tsiaras et al. in the paper “Detection of an atmosphere around the super-Earth 55 Cancri e” which is going to be published in the Astrophysical Journal.
The team of astronomers in this study consists of A. Tsiaras (UCL, UK), M. Rocchetto (UCL, UK), I. P. Waldmann (UCL, UK), O. Venot (Katholieke Universiteit Leuven, Belgium), R. Varley (UCL, UK), G. Morello (UCL, UK), G. Tinetti (UCL, UK), E. J. Barton (UCL, UK), S. N. Yurchenko (UCL, UK), J. Tennyson (UCL, UK).
University College London was founded in 1826. It was the first English university established after Oxford and Cambridge, the first to open up university education to those previously excluded from it, and the first to provide systematic teaching of law, architecture and medicine. UCL is among the world’s top universities, as reflected by performance in a range of international rankings and tables. UCL currently has over 35 000 students from 150 countries and over 11 000 staff.
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Email: g.tinetti@ucl.ac.uk
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ESA/Hubble, Public Information Officer
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