오른쪽 하단에 목성정도의 질량을 가진 행성이 소행성대와 같은 띠의 외곽에서 자신의 별을 공전하고 있다.
배경으로 또다른 폭좁은 띠가 보인다. 이 띠는 우리 태양계의 카이퍼벨트와 유사한 띠이다.
에리다누스강자리 엡실론별은 태양보다 훨씬 어린 별임에도 이 행성계가 보여주는 행성계 구조의 유사성은 대단히 인상적이다.
SOFIA관측을 통해 에리다누스강자리 엡실론별 행성계에서 목성형 행성의 궤도 인근에 소행성대와 같은 띠가 존재한다는 사실이 확정되었다.
NASA의 비행천문대인 적외선천문학을 위한 성층권천문대(the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, 이하 SOFIA)가 최근 지근거리에 있는 행성계에 대한 세밀한 연구를 완료했다.
이번 연구를 통해 이 행성계가 우리 태양계와 놀라우리만치 유사한 구조를 가지고 있음을 알아냈다.
남반구의 별자리인 에리다누스강자리 방향으로 10.5광년 거리에 위치하는 에리다누스강자리 엡실론별은 태어난지 얼마 안된 시점의 태양과 비슷한 별로서 그 주위에 행성계를 거느리고 있다.
이 행성계는 지구에서 가장 가까운 행성계 중 하나이다.
이 행성계는 우리 태양과 같은 별 주위에서 행성이 어떻게 형성되었는지를 연구하는데 최우선적으로 다뤄지는 되는 행성계이다.
또한 이 행성계는 공상과학드라마 바빌론5우주정거장에서 드라마 제목과 동일한 이름인 바빌론5우주정거장이 있는 지역으로 등장한다.
에리다누스강자리 엡실론별에 대한 예전 연구에 따르면 이 별은 파편원반을 거느리고 있다.
파편원반이란 행성계의 형성이 완료된 후에도 여전히 이 별 주위를 돌고 있는 파편들을 말한다.
이 파편들은 가스와 먼지의 형태일 수도 있고, 작은 바위나 얼음덩어리일 수도 있다.
이 파편들은 폭넓은 연속적인 원반일 수도 있고 우리 태양계의 소행성벨트나 카이퍼벨트처럼 특정한 띠로 뭉쳐 있을 수도 있다.
에리다누스강자리 엡실론별의 움직임을 주의깊게 살펴보면 거의 목성과 비슷한 질량의 행성이 실제 목성과 태양 거리와 비슷한 거리에서 별 주위를 돌고 있음을 알 수 있다.
이번에 새로 촬영된 SOFIA 사진들을 이용하여 아리조나 대학 케이트 수(Kate Su)와 동료들이 이 행성계에서 먼지 및 가스와 같은 따뜻한 파편들의 위치에 대한 두 가지 이론적 모델을 검증해 낼 수 있었다.
이 모델들은 이보다 앞서 취득한 NASA 스피처 우주망원경의 데이터를 기반으로 하고 있다.
우선 첫번째 모델은 이 잔해들이 두 개의 폭좁은 고리를 구성하고 있다고 한다.
각각의 위치를 태양계로 비교하면 소행성벨트의 위치와 천왕성의 공전궤도 위치 정도에 해당한다.
이론가들은 이러한 모델을 이용하여 행성계에서 가장 큰 행성은 인접한 파편띠와 연관될 수밖에 없다고 말한다.
또 다른 모델은 먼지로 이루어진 따뜻한 물질들은 행성계 외곽의 카이퍼 벨트와 같은 곳에서 유래했으며 이들이 중심의 별쪽으로 유입되어 원반을 채우고 있다고 말한다.
이 모델에서 따뜻한 물질이란 폭넓은 원반 내부에 있으며 소행성벨트와 같은 집중양상을 보이지도 않고 그 어느 행성과도 연관성이 없다고 말한다.
케이트 수와 연구팀은 SOFIA의 데이터를 이용하여 에리다누스강자리 엡실론별 주위에 있는 따뜻한 물질들이 첫번째 모델에서 제시한 내용대로, 즉 폭넓은 연속체로서의 원반이 아닌 폭좁은 하나의 띠로 정렬하고 있음을 규명해냈다.
이러한 관측은 SOFIA가 스피처 우주망원경보다 큰 구경을 가지고 있기 때문에 가능했다.
스피처 우주망원경의 구경은 0.85미터이다. 반면 SOFIA의 구경은 2.5미터이다.
스피처 우주망원경보다 3배나 더 작은 물질의 구분이 가능했고, 따라서 보다 세부적인 식별을 통해 구분이 가능했던 것이다.
게다가 SOFA의 강력한 중적외선카메라인 '희미한 천체 관측을 위한 적외선 카메라(the Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope. 이하 FORCAST)'로 연구팀은 에리다누스강자리 엡실론별 주위의 따뜻한 물질들에서 발생하는 강력한 적외선 복사를 연구하였다.
이 복사의 파장은 25~40마이크론 사이의 파장으로서 지상에서는 감지되지 않는 파장이다.
케이트 수의 소감은 다음과 같다.
"SOFIA의 높은 공간분해능은 독특한 파장대응능력과 FORCAST의 인상적인 역학범위에 의해 가능하며 이로서 우리는 에리다누스강자리 엡실론 별 주위의 복사를 분석하여 목성과 같은 행성 궤도 인근에 따뜻한 물질들이 자리잡고 있다는 것을 알아냈습니다.
또한, 태양계에서 해왕성이 그런 것처럼 외부로부터 먼지들이 유입되는 것을 막으려면 행성 정도 질량의 천체가 필요하죠.
에리다누스강자리 입실론별이 마치 우리 태양계의 초기 모습을 떠올리게 한다는 건 대단히 인상적인 일이었습니다."
Credits: NASA/JPL/Caltech/R. Hurt (SSC)
그림 2> 스피처우주망원경의 관측자료를 근거로 분석한 에리다누스강자리 엡실론 별의 안쪽과 외곽 부분을 우리 태양계와 비교한 것이다.
SOFIA Confirms Nearby Planetary System is Similar to Our Own
NASA’s flying observatory, the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA, recently completed a detailed study of a nearby planetary system. The investigations confirmed that this nearby planetary system has an architecture remarkably similar to that of our solar system.
Located 10.5 light-years away in the southern hemisphere of the constellation Eridanus, the star Epsilon Eridani, eps Eri for short, is the closest planetary system around a star similar to the early sun. It is a prime location to research how planets form around stars like our sun, and is also the storied location of the Babylon 5 space station in the science fictional television series of the same name.
Previous studies indicate that eps Eri has a debris disk, which is the name astronomers give to leftover material still orbiting a star after planetary construction has completed. The debris can take the form of gas and dust, as well as small rocky and icy bodies. Debris disks can be broad, continuous disks or concentrated into belts of debris, similar to our solar system’s asteroid belt and the Kuiper Belt – the region beyond Neptune where hundreds of thousands of icy-rocky objects reside. Furthermore, careful measurements of the motion of eps Eri indicate that a planet with nearly the same mass as Jupiter circles the star at a distance comparable to Jupiter’s distance from the Sun.
With the new SOFIA images, Kate Su of the University of Arizona and her research team were able to distinguish between two theoretical models of the location of warm debris, such as dust and gas, in the eps Eri system. These models were based on prior data obtained with NASA’s Spitzer space telescope.
One model indicates that warm material is in two narrow rings of debris, which would correspond respectively to the positions of the asteroid belt and the orbit of Uranus in our solar system. Using this model, theorists indicate that the largest planet in a planetary system might normally be associated with an adjacent debris belt.
The other model attributes the warm material to dust originating in the outer Kuiper-Belt-like zone and filling in a disk of debris toward the central star. In this model, the warm material is in a broad disk, and is not concentrated into asteroid belt-like rings nor is it associated with any planets in the inner region.
Using SOFIA, Su and her team ascertained that the warm material around eps Eri is in fact arranged like the first model suggests; it is in at least one narrow belt rather than in a broad continuous disk.
These observations were possible because SOFIA has a larger telescope diameter than Spitzer, 100 inches (2.5 meters) in diameter compared to Spitzer’s 33.5 inches (0.85 meters), which allowed the team onboard SOFIA to discern details that are three times smaller than what could be seen with Spitzer. Additionally, SOFIA’s powerful mid-infrared camera called FORCAST, the Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope, allowed the team to study the strongest infrared emission from the warm material around eps Eri, at wavelengths between 25-40 microns, which are undetectable by ground-based observatories.
“The high spatial resolution of SOFIA combined with the unique wavelength coverage and impressive dynamic range of the FORCAST camera allowed us to resolve the warm emission around eps Eri, confirming the model that located the warm material near the Jovian planet’s orbit,” said Su. “Furthermore, a planetary mass object is needed to stop the sheet of dust from the outer zone, similar to Neptune’s role in our solar system. It really is impressive how eps Eri, a much younger version of our solar system, is put together like ours.”
SOFIA is a Boeing 747SP jetliner modified to carry a 100-inch diameter telescope. It is a joint project of NASA and the German Aerospace Center, DLR. NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley manages the SOFIA program, science and mission operations in cooperation with the Universities Space Research Association headquartered in Columbia, Maryland, and the German SOFIA Institute (DSI) at the University of Stuttgart. The aircraft is based at NASA’s Armstrong Flight Research Center's Hangar 703, in Palmdale, California.
