TRAPPIST-1 주위에서 발견된 세 개의 외계행성

 

그림 1>  Credit:ESO/M. Kornmesser

 

 

그림 2>  Credit:ESO/M. Kornmesser

 

 

 

그림 3>   Credit:ESO/M. Kornmesser

 

그림 1, 2, 3> 이 그림들은 ESO 라실라 천문대의 TRAPPIST 망원경이 지구로부터 40광년 거리의 차가운 난쟁이별 주위에서 발견한 세 개의 행성 중 하나에서 별을 바라본 모습을 그린 상상화이다.

이 행성들은 크기나 기온이 금성이나 지구와 유사한 수준이며 태양계 바깥에서 생명체의 존재 여부를 발견할 수 있는 최상의 대상이 되는 지역들이다.

이 행성들은 또한 이처럼 작고 희미한 별 주위에서 발견된 행성들로서는 첫번째 사례에 해당한다.

그림에서 세 개 행성들 중 가장 안쪽에 있는 행성이 작고 희미한 자신의 별 전면을 지나고 있다.

 

천문학자들이 ESO 라실라 천문대의 TRAPPIST 망원경을 이용하여 지구로부터 40 광년 거리에 있는 매우 차가운 난쟁이 별 주위의 3개 행성을 발견해 냈다.
이 행성들은 크기나 온도가 금성 및 지구와 동일하여 태양계 바깥에서 생명체의 존재여부를 탐사하는데 있어 최상의 대상이 될 것으로 보인다.
이 행성들은 작고 흐릿한 별 주위를 도는 행성으로서는 처음으로 발견된 것이다.
이번 발견은 2016년 5월 2일 네이처 지를 통해 발표되었다.

 

벨기에 리에주대학 천체물리 및 지구물리 연구소 미카엘 길론(Michael Gillon)이 이끄는 천문학 연구팀이 벨기에 TRAPPIST 망원경[1]을 이용하여 지금은 TRAPPIST-1이라는 이름으로 명명된 2MASS J23062928-0502285 별 주위를 관측하였다.

 

연구팀은 희미하고 차가운 이 별이 주기적인 간격으로 약간씩 어두워진다는 것을 발견했는데 이는 몇몇 천체들이 이 별과 지구 사이를 가로지르고 있다는 것을 의미하는 현상이었다.[2]

세부 분석 결과는 이곳에 지구와 유사한 크기의 행성 세 개가 있다는 것을 알려주었다.

TRAPPIST-1은 대단히 기온이 낮은 난쟁이 별이다.

이 별은 태양에 비해 훨씬 온도도 낮고 훨씬 붉은 빛을 띠고 있으며 그 크기는 목성보다 약간만 큰 정도이다.

 

 

Credit:ESO

 

그림 4> 태양과 난쟁이별 TRAPPIST-1 의 크기를 비교한 그림.

이 별의 지름은 태양 지름의 11%밖에 되지 않으며 그 색깔도 훨씬 붉은 별이다.

 

이와 같은 유형의 별은 미리내에서 아주 흔하게 존재하는 별이며 그 수명 역시 상당히 길다.
그러나 이와 같은 별 주위에서 행성이 발견되기는 이번이 처음이다.

 

이 별은 지구와 매우 가까운 거리에도 불구하고 너무나 희미해서 맨눈으로 볼 수 없는 것은 물론 비교적 구경이 큰 아마추어의 망원경으로도 볼 수 없는 별이다.

 

이 별은 물병자리에 자리잡고 있다.

  
이번 논문의 공동저자인 엠마누엘 예힌(Emmanuel Jehin)은 이번 발견에 크게 고무되어 있다.   
"이번 발견은 외계행성의 분포 및 우주에서 생명체를 발견하는 데 있어 일대 변혁을 이끄는 발견이라 할 수 있습니다.
 여태까지 매우 온도가 낮은 난쟁이 별 주위를 도는 이와 같은 '붉은 세계'는 순전히 이론상으로만 존재하는 세계였습니다.
 그러나 이제 우리는 이 희미한 붉은 색 별 주위를 도는 행성을 그것도 하나가 아니라 세 개나 되는 완벽한 행성계를 발견한 것입니다."
 
이번 논문의 주저자인 미카엘 길론은 이번 발견의 중요성을 다음과 같이 설명하고 있다.
"왜 우리는 우리 주변에서 크기도 작으면서 기온도 가장 작은 별 주위의 지구와 같은 행성을 발견하려고 노력하고 있는 것일까요?
이유는 아주 간단합니다. 현재 우리가 가지고 있는 기술로는 바로 이와 같이 작은 별 주위의 행성계야 말로 지구와 같은 크기의 외계행성에 거주하는 생명체를 찾을 수 있는 최적의 장소가 되기 때문입니다."  
 
천문학자들은 이 행성들이 자신의 별 전면을 지날 때 대기를 스쳐지나 지구에 도달한 별빛의 효과를 연구하여 생명체의 징후를 나타내는 흔적을 연구하게 될 것이다.

 

대부분의 별들은 그 주위에 지구 크기의 행성이 돌고 있더라도 행성의 대기를 통과하여 지나온 별빛에 남는 미약한 효과는 별빛의 광채에 쉽게 파묻혀 버린다.

그러나 TRAPPIST-1과 같이 기온이 아주 낮은 붉은 색의 난쟁이 별이라면 이러한 효과는 충분히 감지가능한 수준으로 남아 있게 된다.

 

ESO 8미터 초거대 망원경에 장착되어 있는 HAWK-I과 같은 장비를 포함하여 거대한 망원경을 동원한 후속 관측은 TRAPPIST-1  주위를 돌고 있는 행성들의 크기가 과연 지구와 비슷한 크기인지를 확인하게 될 것이다.

3 개의 행성 중 두 개는 각각 그 공전주기가 1.5일과 2.4일이다.
3번째 행성은 아직 그 공전주기가 정확히 측정되지 않았으며 대략 4.5일부터 73일 사이일 것으로 예측되고 있다.

미카엘 길론의 설명은 다음과 같다.
"이처럼 짧은 공전궤도는 이 행성들이 태양에 대한 지구의 거리 대비 자신의 별에 20배에서 100배는 더 가까이 붙어 있다는 것을 의미합니다.
 이 행성계의 구조는 태양계보다는 차라리 목성과 목성주위 달들의 형태에 더 가깝죠."

 

비록 이들 행성들이 자신들의 별에 대해 떨어진 거리가 매우 가깝긴 하지만 안쪽에 있는 두 개의 행성이 자신의 별로부터 받는 복사는 지구가 태양으로부터 받는 복사의 4배와 2배에 지나지 않는다.
이는 TRAPPIST-1 이 태양보다 훨씬 희미한 별이기 때문에 가능한 일이다.

비록 이 행성들은 이 별 주위의 생명체 서식 가능 구역보다 훨씬 더 가까이 자리잡고 있긴 하지만 여전히 그 표면에 생명체가 서식할만한 지역이 있을 가능성은 남아 있다.

 

가장 바깥쪽에 있는 세번째 행성의 공전궤도는 아직 제대로 밝혀지지 않았다.
그러나 이 행성이 자신의 별로부터 받는 복사열은 지구가 태양으로부터 받는 복사열보다 적을 것으로 추정되며 그 공전궤도가 생명체 서식 가능 구역 내에 자리잡고 있을 가능성 역시 여전히 존재한다.

 

이번 논문의 공동저자인 메사추세츠 기술연구소 줄리엔 드 위트(Julien de Wit)의 소감은 다음과 같다.
"ESO의 E-ELT와 2018년 발사 예정인 제임스웹 우주 망원경을 비롯해서 건설이 진행중인 몇몇 대형 망원경에 미리 감사를 드리지 않을 수 없습니다.
우리가 곧 이 행성들의 대기 조성을 연구하고 물이 존재하는지를 탐사하여 생명체의 흔적을 찾을 수 있게 될 테니까요.
그것은 곧 우주에서 또다른 생명체를 찾아가는데 있어 거대한 한 걸음이 될 것입니다."

 

이번 작업은 외계행성의 탐사에 있어 새로운 방향을 열어제낀 것이라 할 수 있다.
태양 가까이에 있는 별들 중 대략 15% 정도가 매우 온도가 낮은 난쟁이 별이기 때문이다.
또한 이번 작업은 외계행성의 탐사가 생명체가 존재할만한 지구의 사촌격에 해당하는 행성의 왕국으로 진입하고 있음을 말해주는 것이기도 하다.

 

TRAPPIST 탐사 프로그램은 ESO 파라날 천문대에 설치될 보다 높은 기대치를 가지고 있는 프로젝트인 SPECULOOS 프로젝트의 시운전 프로젝트라 할 수 있다. [3]

 

Credit:ESO/IAU and Sky & Telescope

 

표1> 이 표는 물병자리 방향으로 청명한 밤하늘이라면 맨눈으로 볼 수 있는 별들을 담고 있다.

희미하고 온도가 낮은 난쟁이 별 TRAPPIST-1의 위치가 표시되어 있다.

비록 이 별은 가까운 거리에 있지만 너무나 희미해서 작은 망원경으로는 볼 수 없는 별이다.

 

 

각주

[1] TRAPPIST는 the TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope(식행성및 및 미행성체 탐사를 위한 소형망원경)의 약자로서 ESO 라실라 천문대에 위치하고 있으며 벨기레 리에주 대학이 운용하는 벨기에의 0.6미터 전자동 망원경이다. 
이 망원경은 대부분의 시간을 60 광년 범위에 있는 매우 차가운 난쟁이 별이나 갈색 난쟁이별(갈색 난쟁이 별은 핵에서 지속적인 핵융합을 발생시키기에는 충분치 않은 질량을 가지고 있는 별이다)을 대상으로 그 전면에 행성통과 여부를 확인할 수 있는 증거를 찾는데 사용되고 있다.
이번에 대상이 된 별 TRAPPIST-1은 대단히 낮은 온도를 가진 난쟁이별로서 그 밝기는 태양 밝기의 0.05%수준이며 질량은 태양 질량의 8% 수준이다.

 

[2] 이는 별 주위에서 행성의 존재를 식별하는데 천문학자들이 주로 사용하는 방법 중 하나이다.

천문학자들이 별로부터 오는 빛을 살펴 볼 때, 만약 별 주위를 도는 행성이 지구로부터 바라보는 시선 상에 있다면 자신의 별 전면을 지나면서 별빛을 일정부분 막아서게 될 것이다. 
따라서 특정 별을 도는 행성이 있다면 별로부터 오는 빛이 일정하게 작은 낙폭을 보일 것이라는 점을 기대할 수 있다.
   

[3] SPECULOOS는 유럽연구위원회가 대부분의 기금을 지원하며 리에주 대학이 이끌게 될 프로젝트이다. 
ESO 파라날 천문대에 1미터 구경의 전자동 망원경이 설치될 것이며 이 망원경은 향후 5년의 기간동안 기온이 낮은 500 개의 별 주위에서 생명체의 서식이 가능한 행성을 탐사하게 된다.
   

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2015년 5월 2일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1615/

        

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

 

원문>

eso1615 — Science Release

Three Potentially Habitable Worlds Found Around Nearby Ultracool Dwarf Star

Currently the best place to search for life beyond the Solar System

2 May 2016

Astronomers using the TRAPPIST telescope at ESO’s La Silla Observatory have discovered three planets orbiting an ultracool dwarf star just 40 light-years from Earth. These worlds have sizes and temperatures similar to those of Venus and Earth and are the best targets found so far for the search for life outside the Solar System. They are the first planets ever discovered around such a tiny and dim star. The new results will be published in the journal Nature on 2 May 2016.

A team of astronomers led by Michaël Gillon, of the Institut d’Astrophysique et Géophysique at the University of Liège in Belgium, have used the Belgian TRAPPIST telescope [1] to observe the star 2MASS J23062928-0502285, now also known as TRAPPIST-1. They found that this dim and cool star faded slightly at regular intervals, indicating that several objects were passing between the star and the Earth [2]. Detailed analysis showed that three planets with similar sizes to the Earth were present.

TRAPPIST-1 is an ultracool dwarf star — it is much cooler and redder than the Sun and barely larger than Jupiter. Such stars are both very common in the Milky Way and very long-lived, but this is the first time that planets have been found around one of them. Despite being so close to the Earth, this star is too dim and too red to be seen with the naked eye or even visually with a large amateur telescope. It lies in the constellation of Aquarius (The Water Carrier).

Emmanuël Jehin, a co-author of the new study, is excited: “This really is a paradigm shift with regards to the planet population and the path towards finding life in the Universe. So far, the existence of such ‘red worlds’ orbiting ultra-cool dwarf stars was purely theoretical, but now we have not just one lonely planet around such a faint red star but a complete system of three planets!”

Michaël Gillon, lead author of the paper presenting the discovery, explains the significance of the new findings: "Why are we trying to detect Earth-like planets around the smallest and coolest stars in the solar neighbourhood? The reason is simple: systems around these tiny stars are the only places where we can detect life on an Earth-sized exoplanet with our current technology. So if we want to find life elsewhere in the Universe, this is where we should start to look."

Astronomers will search for signs of life by studying the effect that the atmosphere of a transiting planet has on the light reaching Earth. For Earth-sized planets orbiting most stars this tiny effect is swamped by the brilliance of the starlight. only for the case of faint red ultra-cool dwarf stars — like TRAPPIST-1 — is this effect big enough to be detected.

Follow-up observations with larger telescopes, including the HAWK-I instrument on ESO’s 8-metre Very Large Telescope in Chile, have shown that the planets orbiting TRAPPIST-1 have sizes very similar to that of Earth. Two of the planets have orbital periods of about 1.5 days and 2.4 days respectively, and the third planet has a less well determined period in the range 4.5 to 73 days.

"With such short orbital periods, the planets are between 20 and 100 times closer to their star than the Earth to the Sun. The structure of this planetary system is much more similar in scale to the system of Jupiter’s moons than to that of the Solar System," explains Michaël Gillon.

Although they orbit very close to their host dwarf star, the inner two planets only receive four times and twice, respectively, the amount of radiation received by the Earth, because their star is much fainter than the Sun. That puts them closer to the star than the habitable zone for this system, although it is still possible that they possess habitable regions on their surfaces. The third, outer, planet’s orbit is not yet well known, but it probably receives less radiation than the Earth does, but maybe still enough to lie within the habitable zone.

"Thanks to several giant telescopes currently under construction, including ESO’s E-ELT and the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope due to launch for 2018, we will soon be able to study the atmospheric composition of these planets and to explore them first for water, then for traces of biological activity. That's a giant step in the search for life in the Universe," concludes Julien de Wit, a co-author from the Massachusetts Institute of Technology (MIT) in the USA.

This work opens up a new direction for exoplanet hunting, as around 15% of the stars near to the Sun are ultra-cool dwarf stars, and it also serves to highlight that the search for exoplanets has now entered the realm of potentially habitable cousins of the Earth. The TRAPPIST survey is a prototype for a more ambitious project called SPECULOOS that will be installed at ESO’s Paranal Observatory [3].

Notes

[1] TRAPPIST (the TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) is a Belgian robotic 0.6-metre telescope operated from the University of Liège and based at ESO’s La Silla Observatory in Chile. It spends much of its time monitoring the light from around 60 of the nearest ultracool dwarf stars and brown dwarfs (“stars” which are not quite massive enough to initiate sustained nuclear fusion in their cores), looking for evidence of planetary transits.The target in this case, TRAPPIST-1, is an ultracool dwarf, with about 0.05% of the Sun’s luminosity and a mass of about 8% that of the Sun.

[2] This is one of the main methods that astronomers use to identify the presence of a planet around a star. They look at the light coming from the star, to see if some of the light is blocked as the planet passes in front of its host star on the line of sight to Earth — transits the star, as astronomers say. As the planet orbits around its star, we expect to see regular small dips in the light coming from the star as the planet moves in front of it.

[3] SPECULOOS is mostly funded by the European Research Council and led also by the University of Liège. Four 1-metre robotic telescopes will be installed at the Paranal Observatory to search for habitable planets around 500 ultra-cool stars over the next five years.

More information

This research was presented in a paper entitled “Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star”, by M. Gillon et al., to appear in the journal Nature.

The team is composed of: M. Gillon (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Belgium), E. Jehin (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Belgium), S. M. Lederer (NASA Johnson Space Center, USA), L. Delrez (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Belgium), J. de Wit (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, USA), A. Burdanov (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Belgium), V. Van Grootel (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Belgium), A. J. Burgasser (Center for Astrophysics and Space Science, University of California, San Diego, USA and Infrared Telescope Facility, operated by the University of Hawaii), C. Opitom (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Belgium), A. H. M. J. Triaud (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK), B-O. Demory (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK), D.K. Sahu (Indian Institute of Astrophysics, Bangalore, India), D. B. Gagliuffi (Center for Astrophysics and Space Science, University of California, San Diego, USA and Infrared Telescope Facility, operated by the University of Hawaii), P. Magain (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Belgium) and D. Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK).

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 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. 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 a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper
• TRAPPIST is the acronym of "TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope”, more information here and at the TRAPPIST website
• Further information about TRAPPIST-1
• SPECULOOS is the acronym of "Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars". For more information, see here

Contacts

Michaël Gillon
University of Liege
Belgium
Tel: +32 43 669 743
Cell: +32 473 346 402
Email: michael.gillon@ulg.ac.be

Julien de Wit
MIT
Cambridge, Massachusetts, USA
Email: jdewit@mit.edu

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

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