2016. 7. 27. 23:52ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
그림 1>
이 상상화는 게자리의 오래된 산개별무리인 M67의 별 하나와 그 주위를 가까운 거리에서 돌고 있는 뜨거운 목성형 행성을 그려본 것이다.
천문학자들은 이 별무리에서 예상보다 훨씬 더 많은 행성들을 발견했다.
이 놀라운 결과는 ESO 라실라 천문대에 설치되어 있는 HARPS 분광기를 포함하여 여러개의 빛통들과 관측장비를 동원하여 얻을 수 있었다.
별무리 내의 고밀도 환경은 행성 및 별들 간의 더 많은 상호작용을 일으키게 만들고, 이것이 아마도 더 많은 뜨거운 목성형 행성이 만들어진 이유가 되는 것 같다.
천문학자들로 구성된 국제 연구팀이 M67 별무리에서 예상보다 훨씬 더 많은 뜨거운 목성 유형의 외계행성들이 있다는 것을 알아냈다.
이 놀라운 결과는 ESO 라실라 천문대에 설치되어 있는 HARPS 분광기를 포함하여 여러 개의 빛통들과 관측장비를 동원하여 얻을 수 있었다.
별무리 내의 고밀도 환경은 행성 및 별들 간의 더 많은 상호작용을 일으키게 만들고, 이것이 아마도 더 많은 뜨거운 목성형 행성이 만들어진 이유가 되는 것 같다.
막스플랑크 외계행성물리 연구소의 로베르토 사길라(Roberto Saglia)와 ESO 루카 파스퀴니(Luca Pasquini)가 이끄는 칠레와 브라질, 유럽의 학자들로 구성된 연구팀이 M67에 있는 88개 별에 대해 여러해 동안 대단히 높은 정밀도로 측정 데이터를 모아왔다.[1]
이 산개별무리는 나이는 우리 태양과 비슷한 수준이며 우리 태양계 역시 이 산개별무리와 비슷한 수준의 밀도를 가진 환경에서 생성되었을 것으로 생각되고 있다.[2]
연구팀은 HARPS를 비롯한 여러 장비들[3]을 이용하여 짧은 주기의 공전궤도를 갖는 거대한 행성의 흔적을 찾아왔다.
만약 특정 별에 가까운 공전궤도로 돌고 있는 "뜨거운 목성형"으로 알려진 무거운 행성이 있다면 그 별이 앞뒤로 흔들리게 되는 현상이 바로 이 흔적에 해당한다.
예전에 이곳에서 여러 행성의 증거가 발견된 것과 함께 이번에는 총 3개의 별에서 뜨거운 목성형 행성의 신호가 발견되었다.
(참고 : M67에서의 외계행성 발견을 다룬 ESO의 2014년 1월 15일 뉴스는 다음의 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12347040 )
'뜨거운 목성형 행성'은 목성 질량 대비 1/3 이상의 질량을 가진 거대한 외계행성을 말한다.
이들은 말그대로 "뜨거운" 행성이다. 왜냐하면 자신의 별과 너무 가까이 붙어 있기 때문이다.
그래서 이들의 공전주기는, 즉 이들의 1년은 10일이 채 되지 않는다.
이는 우리 태양계의 목성과는 사뭇 다른 점이다.
목성의 경우 1년은 지구의 12년 동안 지속되며 기온도 지구보다 훨씬 낮다. [4]
로베르토 사길라의 소감은 다음과 같다.
"우리는 이 산개별무리를 외계행성의 속성을 탐구하고 행성의 형성을 이론화할 수 있는 연구소로 사용할 수 있기를 원하고 있습니다.
이곳에는 행성을 거느렸을 것으로 보이는 별들도 많고 그 밀도도 높기 때문이죠."
이번 연구결과는 M67내부에 있는 별들에서 뜨거운 목성형 행성이 M67 바깥쪽에 있는 별들보다 훨씬 더 많다는 사실을 보여주었다.
이번 관측 데이터의 분석을 수행한 안나 브루칼라시( Anna Brucalassi)의 소감은 다음과 같다.
"분석 결과는 정말 놀라웠습니다.
그 결과는 M67에 있는 별들 중 5%가 뜨거운 목성형 행성을 거느리고 있는 것으로 나왔습니다.
다른 곳을 대상으로 수행된 비교 연구에서 예측된 수치가 1%임을 감안하면 이는 정말 높은 수치입니다."
천문학자들은 이 거대하고 특이한 행성들이 실제 발견된 지점에서 생성된 것은 아닐 것이라고 생각하고 있다.
이 행성들은 하나같이 자신의 별과 너무나 가까이 붙어 있는데 이는 목성과 같은 행성의 형성에 적합한 조건이 아니기 때문이다.
오히려 이 행성들은 태양계의 목성처럼 형성 자체는 자신의 별로부터 멀리 떨어진 거리에서 이루어졌지만, 이후 별에 가까이 다가서게 된 것으로 생각되고 있다.
한때는 별로부터 멀리 떨어져 있던 차가운 거대 행성들이 지금은 훨씬 뜨거워진 상태라면 이어지는 질문은 바로 이것이다.
과연 무엇이 이 행성들을 자신의 별쪽으로 몰아간 것일까?
이에 대해서는 여러가지 가설이 존재하지만 이번 논문의 저자들은 별들끼리, 심지어는 이웃한 별의 행성끼리도 너무나 가까이 붙어 있는 환경 때문에 행성과 별들이 가까워졌을 가능성이 가장 높으며 행성계가 서로 바짝 붙어 있는 환경은 그 진화 방향에 중요한 영향을 끼칠 수도 있다고 결론지었다.
별들이 평균적인 거리보다 훨씬 더 가까이 붙어 있는 M67과 같은 별무리 안에서라면
이와 같은 밀집 양상이 더더욱 일상적인 일일수록 뜨거운 목성형 행성의 숫자가 많다는 점이 설명될 수 있을 것이다.
이번 논문의 공동저자이자 공동 수석 연구원인 ESO 루카 파스퀴니의는 별무리 내의 행성에 대한 최근의 주목할 만한 연구 이력을 되돌아보면서 다름와 같이 말했다.
"고작 몇 년 전까지만 해도 산개별무리에서 발견되는 뜨거운 목성형 행성은 전혀 없었습니다.
고작 3년만에 '목성형 행성은 전혀 없음'에서 '목성형 행성이 훨씬 더 많음'으로 이야기가 완전히 바뀌어버렸죠."
표1> 이 표는 게자리에서 산개별무리 M67의 위치를 보여주고 있다.
지도상의 대부분의 별들은 괜찮은 조건의 하늘이라면 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다.
M67은 쌍안경으로도 관측이 가능하며 이 산개별무리를 이루고 있는 개개의 별들역시 중간 정도 크기의 망원경이라면 식별이 가능하다.
사진 1> 이 광대역 사진은 오래된 산개별무리 M67과 그 주변의 모습을 DSS2의 일환으로 찰영하여 제작한 사진이다.
사진 정중앙에 별들이 모여 있는 곳이 바로 M67이다.
M67을 구성하는 별들의 나이와 화학적 조성은 우리 태양과 비슷하다.
각주
[1] 원래 측정 대상으로 선정된 88개의 별들 중 몇몇은 이중별로 밝혀졌으며 이러저런 이유로 관측에 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다.
따라서 이번 연구 논문이 대상으로 삼은 것은 원래 대상 별들 중 66개에 한정되어 있다.
[2] M67의 별들은 여전히 한데 모여있긴하다.
하지만 우리 태양계 역시 예전에는 여러 별들이 한데 모여있다가 오래전에 흩어져 버리면서 지금은 태양만 남게 된 것으로 생각되고 있다.
[3] 분광데이터로는 미국 하비-에벌리 빛통(the Hobby-Eberly Telescope)에 장착된 고해상도 분광기의 데이터도 활용되었고 프랑스 드오우트 지방 천문대의 SOPHIE 분광기로 관측된 자료도 활용되었다.
[4] 우리 태양과 비슷한 별인 페가수스자리 51별 옆에서 처음으로 발견된 외계행성인 51 Pegasi b 역시 뜨거운 목성형 행성이다.
이는 당시로서는 정말 놀라운 일이었다.
왜냐하면 많은 천문학자들이 다른 행성계가 있다면 그 모습이 태양계와 비슷할 것이라고 생각했기 때문이다.
당시로서는 더 무거운 행성일수록 별로부터 더 멀리 떨어져 있을 것이라고 생각했었다.
(참고 : 페가수스자리 51b에 대한 ESO의 2015년 4월 22일자 뉴스는 다음의 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12347904 )
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release 2016년 6월 17일자
http://www.eso.org/public/news/eso1621/
원문>
eso1621 — Science Release
Unexpected Excess of Giant Planets in Star Cluster
17 June 2016
An international team of astronomers have found that there are far more planets of the hot Jupiter type than expected in a cluster of stars called Messier 67. This surprising result was obtained using a number of telescopes and instruments, among them the HARPS spectrograph at ESO’s La Silla Observatory in Chile. The denser environment in a cluster will cause more frequent interactions between planets and nearby stars, which may explain the excess of hot Jupiters.
A Chilean, Brazilian and European team led by Roberto Saglia at the Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, in Garching, Germany, and Luca Pasquini at ESO, has spent several years collecting high-precision measurements of 88 stars in Messier 67 [1]. This open star cluster is about the same age as the Sun and it is thought that the Solar System arose in a similarly dense environment [2].
The team used HARPS, along with other instruments [3], to look for the signatures of giant planets on short-period orbits, hoping to see the tell-tale “wobble” of a star caused by the presence of a massive object in a close orbit, a kind of planet known as a hot Jupiters. This hot Jupiter signature has now been found for a total of three stars in the cluster alongside earlier evidence for several other planets.
A hot Jupiter is a giant exoplanet with a mass of more than about a third of Jupiter’s mass. They are “hot” because they are orbiting close to their parent stars, as indicated by an orbital period (their “year”) that is less than ten days in duration. That is very different from the Jupiter we are familiar with in our own Solar System, which has a year lasting around 12 Earth- years and is much colder than the Earth [4].
“We want to use an open star cluster as laboratory to explore the properties of exoplanets and theories of planet formation”, explains Roberto Saglia. “Here we have not only many stars possibly hosting planets, but also a dense environment, in which they must have formed.”
The study found that hot Jupiters are more common around stars in Messier 67 than is the case for stars outside of clusters. “This is really a striking result,” marvels Anna Brucalassi, who carried out the analysis. “The new results mean that there are hot Jupiters around some 5% of the Messier 67 stars studied — far more than in comparable studies of stars not in clusters, where the rate is more like 1%.”
Astronomers think it highly unlikely that these exotic giants actually formed where we now find them, as conditions so close to the parent star would not initially have been suitable for the formation of Jupiter-like planets. Rather, it is thought that they formed further out, as Jupiter probably did, and then moved closer to the parent star. What were once distant, cold, giant planets are now a good deal hotter. The question then is: what caused them to migrate inwards towards the star?
There are a number of possible answers to that question, but the authors conclude that this is most likely the result of close encounters with neighbouring stars, or even with the planets in neighbouring solar systems, and that the immediate environment around a solar system can have a significant impact on how it evolves.
In a cluster like Messier 67, where stars are much closer together than the average, such encounters would be much more common, which would explain the larger numbers of hot Jupiters found there.
Co-author and co-lead Luca Pasquini from ESO looks back on the remarkable recent history of studying planets in clusters: “No hot Jupiters at all had been detected in open clusters until a few years ago. In three years the paradigm has shifted from a total absence of such planets — to an excess!”
Notes
[1] Some of the original sample of 88 were found to be binary stars, or unsuitable for other reasons for this study. This new paper concentrates on a sub-group of 66 stars.
[2] Although the cluster Messier 67 is still holding together, the cluster that may have surrounded the Sun in its early years would have dissipated long ago, leaving the Sun on its own.
[3] Spectra from the High Resolution Spectrograph on the Hobby-Eberly Telescope in Texas, USA, were also used, as well as from the SOPHIE spectrograph at the Observatoire de Haute Provence, in France.
[4] The first exoplanet found around a star similar to the Sun, 51 Pegasi b, was also a hot Jupiter. This was a surprise at the time, as many astronomers had assumed that other planetary systems would probably be like the Solar System and have their more massive planets further from the parent star.
More information
This research was presented in a paper entitled “Search for giant planets in M67 III: excess of Hot Jupiters in dense open clusters”, by A. Brucalassi et al., to appear in the journal Astronomy & Astrophysics.
The team consists of: A. Brucalassi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; University Observatory Munich, Germany), L. Pasquini (ESO, Garching, Germany), R. Saglia (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany; University Observatory Munich, Germany), M.T. Ruiz (Universidad de Chile, Santiago, Chile), P. Bonifacio (GEPI, Observatoire de Paris, CNRS, Univ. Paris Diderot, Meudon, France), I. Leão (ESO, Garching, Germany; Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brazil), B.L. Canto Martins (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brazil), J.R. de Medeiros (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brazil), 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, Sauverny, Switzerland) and S. Randich (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, 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 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”.
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Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
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Email: abrucala@mpe.mpg.de
Luca Pasquini
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6792
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