외계행성 HD 209458b

이 내용은 2007년 1월 31일 발표된 뉴스입니다.

2007년 4월 24일 허블발사 17주년을 기념하여 허블 사이트에서 발표된 '허블을 통한 과학적 발견'에 포함된 뉴스이기도 합니다.

해당 내용은 11월 17일 '허블망원경을 통해 이룩한 과학적 발견 -4-'라는 제목으로 게시되어 있으니 참고하십시오.

 

그림 설명1>

이 그림은 HD 209458b로 이름붙여진 목성크기의 외계 행성을 그린 상상도이다.

그러나 이 행성은 목성과 달리 그 대기가 너무 뜨거워서 외부로 증발해 버리고 있다.

이 행성이 공전하고 있는 별의 별빛이 이 행성의 대기를 뜨겁게 만들고 있으며 그 결과 마치 보일러에서 증기가 발생되어 나오는 것처럼 그 대기가 우주 공간으로 뿜어져 나오고 있는 것이다.

HD 209458b 는 자신의 별을 3.5일 주기로 공전하고 있다.

이 행성은 자신의 태양과 너무 가깝게 붙어 있어서 허블 우주망원경으로 직접적인 촬영은 불가능하다.

천문학자들은 이 행성의 대기를 스쳐지나온 별빛을 분석하고 있는데 이 별빛에는 이 행성의 대기 구조와 화학적 성분에 대한 정보가 베어 있기 때문이다.

 

Full Story>

 

천문학자들이 허블우주망원경을 이용하여 처음으로 켜켜이 다층구조를 이루고 있는 외부 행성의 대기를 연구할 수 있게 되었다.

 

허블이 발견한 외계 행성은 대기 상층부에서 고밀도의 뜨거운 수소를 우주공간으로  흘려보내고 있는 거대한 뜨거운 행성이다.

HD 209458b로 명명된 이 행성은 우리 태양계의 어느 행성과도 닮지 않은 특이한 행성이다.

 

이 행성은 자신의 별에 매우 가까이 붙어 있고 그 결과로 뜨거워진 대기 가스가 우주공간으로 흘러나오면서 마치 꼬리가 달린 혜성과 같은 모습을 연출하고 있다.

최근의 관측을 통해 대기가 가열되어 내뿜어지고 있는 이 행성의 상층대기가 마치 보일러에서 증기가 나오는 것과 같은 모습을 하고 있음을 알 수 있었다.

 

이번 연구를 이끌고 있는 아리조나 대학의 질다 발레스터(Gilda Ballester)의 설명은 다음과 같다.  
"우리가 연구한 상층대기는 온도의 변화가 극적으로 발생하고 있었는데, 그 온도는 섭씨 726도(절대온도 1000K)에서  14,171도(절대온도 15,000K)로서, 태양보다도 훨씬 뜨거운 온도였습니다.

우리는 이런 현상과 함께 이 행성이 어떻게 대기를 잃어가고 있는지를 보다 자세히 연구하고 있습니다."

 

발레스터의 발견에 의해 아리조나 대학과 파리 천문연구원의 David K. Sing 과 아리조나 대학의 플로이드 허버트(Floyd Herbert)는 그들의 연구를 2월 1일 네이처 지에 발표할 예정이다.

 

허블 데이터는 이 행성이 공전하고 있는 별로부터 발생한 강력한 자외선 복사가 어떻게 이 행성의 상층 대기를 가열시키고, 팽창시키는지를 보여주고 있다.

이 행성의 상층대기는 열기로 인해 행성의 중력장으로부터 매우 빠르게 이탈되어 나오고 있는데, 그 비율은 초당 약 1만 톤에 달하고 있으며 이는 나이아가라 폭포에서 쏟아져 내리는 수량의 3배에 달하는 비율이다.

그러나 이처럼 대기가 빠르게 빠져나간다고 해서 이 행성이 곧 시들어 없어지지는 않을 것이다.

천문학자들은 이 행성이 앞으로 50억 년은 더 유지될 것으로 예측하고 있다.

 

이 행성은 좀 과장된 표현으로 말한다면 목성과 같은 행성이다.

사실 이 행성은 자신의 별 주위를 바짝 붙어 공전하는 거대한 가스형 행성으로서 '뜨거운 목성'이라 불리고 있다.

 

 

 

발레스터는 우리의 목성이 만약 태양에 가까이 붙어 있었다면 HD 209458b와 똑같은 모습이었을 거라고 말한다.

 

이 행성은 자신의 별 주위를 3.5일을 주기로 공전하고 있다.

그 공전궤도는 752만 킬로미터인데 이를 지구의 공전궤도와 비교할 때 20배나 태양에 더 가깝게 붙어 있는 셈이고, 심지어 우리 태양계에서 태양과 가장 가까이 있는 수성과 비교할 때도 수성의 공전궤도는 이 행성보다 10배는 더 태양으로부터 떨어져 있는 것이다.

게다가 수성은 HD 209458b와는 달리 작은 암석질의 행성이다.

 

발레스터는 이 행성의 극단적인 대기 상태로부터 다른 뜨거운 목성형 행성들의 대기 상태를 유추할 수 있다고 말한다.

 

비록 HD 209458b와 같은 행성이 우리 태양계에는 존재하지 않지만, 우주에서는 이 행성과 훨씬 풍부한 상관관계를 가진 천체를 많이 발견할 수 있다.

지금까지 발견된 외계 행성 200여개 중 10퍼센트에서 15퍼센트의 행성은 '뜨거운 목성형'행성이다.

최근 허블망원경은 우리 은하의 중심부근에서 16개의 뜨거운 목성형 행성 후보를 관측했는데 이러한 결과로부터 우리 은하에는 뜨거운 목성형의 행성이 수십억개 존재한다고 추측할 수 있다.

 

HD 209458b는 학계에서 가장 많이 연구되고 있는 행성 중 하나이다.
그 이유는 외계 행성 중 자신이 공전하고 있는 별의 앞을 통과하는, 즉 Transit현상을 나타내어 아주 희미하게나마 별빛의 변화를 발생시키는 별이 그리 많지 않은데, 이 행성은 그와 같은 현상을 나타내고 있기 때문이다.

사실 거대한 가스형 행성들이 발견된 것도 이러한 Transit현상이 있었기 때문에 가능했다.

 

HD 209458b는 페가수스자리 쪽으로 지구로부터 150광년 떨어져 있다.

 

이 행성이 자신의 별의 전면을 통과할 때 대기의 상층부를 통과한 별빛을 샘플링하여 이 행성의 대기구조와 화학적 구성을 분석할 수 있었다.

이러한 방법은 유리컵에 빛을 통과시켜 지문을 찾는 방법과 유사한 방법이다.

 

이전의 허블 관측을 통하여 이 행성으로부터 뿜어져 나온 대기에서 상당히 많은 양의 수소를 관측했을 뿐만 아니라 대기의 상층부에서 산소와 탄소, 나트륨 성분을 탐지할 수 있었다.

 

이러한 기념비적인 연구를 통해 우리는 외계 행성의 대기 성분을 사상 처음으로 탐색할 수 있었다.

또한 스피처 우주망원경은 이 행성의 뜨거운 대기에서 자외선 불꽃이 발생하고 있는 모습도 관측했다.

 

이번 연구는 2003년 하버드 스미스 소니언 센터의 데이비드 카보누(David Charbonneau)의 허블 관측 자료를 통해 이루어졌다.

발레스터 연구팀은 이 행성의 상층 대기에 있는 뜨거운 수소 원자들로부터 발생한 스펙트럼을 분석하고 있다.

 

 

* '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다.

   본 내용은 2007년 1월 31일 발표된 뉴스입니다.

 

 

원문>

그림 설명1>

This artist's illustration shows an extrasolar planet orbiting very close to its host star. The planet designated HD 209458b, is about the size of Jupiter. Unlike Jupiter, the planet is so hot that its atmosphere is "puffed up." Starlight is heating the planet's atmosphere, causing hot gas to escape into space, like steam rising from a boiler.

HD 209458b completes an orbit every 3.5 days. The Hubble Space Telescope could not image the planet directly because it is too close to the star. Astronomers used Hubble to analyze the starlight that filtered through the planet's atmosphere. Imprinted on the starlight is information about the atmosphere's structure and chemical makeup.

Object Name: HD 209458b

Image Type: Illustration/Artwork

Full Story>

The powerful vision of NASA's Hubble Space Telescope has allowed astronomers to study for the first time the layer-cake structure of the atmosphere of a planet orbiting another star. Hubble discovered a dense upper layer of hot hydrogen gas where the super-hot planet's atmosphere is bleeding off into space.

The planet, designated HD 209458b, is unlike any world in our solar system. It orbits so close to its star and gets so hot that its gas is streaming into space, making the planet appear to have a comet-like tail. This new research reveals the layer in the planet's upper atmosphere where the gas becomes so heated it escapes, like steam rising from a boiler.

"The layer we studied is actually a transition zone where the temperature skyrockets from about 1,340 degrees Fahrenheit (1,000 Kelvin) to about 25,540 degrees (15,000 Kelvin), which is hotter than the Sun," said Gilda Ballester of the University of Arizona in Tucson, leader of the research team. "With this detection we see the details of how a planet loses its atmosphere."

The findings by Ballester, David K. Sing of the University of Arizona and the Institut d'Astrophysique de Paris, and Floyd Herbert of the University of Arizona will appear Feb. 1 in a letter to the journal Nature.

The Hubble data show how intense ultraviolet radiation from the host star heats the gas in the upper atmosphere, inflating the atmosphere like a balloon. The gas is so hot that it moves very fast and escapes the planet's gravitational pull at a rate of 10,000 tons a second, more than three times the rate of water flowing over Niagara Falls. The planet, however, will not wither away any time soon. Astronomers estimate its lifetime is more than 5 billion years.

The scorched planet is a big puffy version of Jupiter. In fact, it is called a "hot Jupiter," a large gaseous planet orbiting very close to its parent star. Jupiter might even look like HD 209458b if it were close to the Sun, Ballester said.

The planet completes an orbit around its star every 3.5 days. It orbits 4.7 million miles from its host, 20 times closer than the Earth is to the Sun. By comparison, Mercury, the closest planet to our Sun, is 10 times farther away from the Sun than HD 209458b is from its star. Unlike HD 209458b, Mercury is a small ball of iron with a rocky crust.

"This planet's extreme atmosphere could yield insights into the atmospheres of other hot Jupiters," Ballester said.

Although HD 209458b does not have a twin in our solar system, it has plenty of relatives beyond our solar system. About 10 to 15 percent of the more than 200 known extrasolar planets are hot Jupiters. A recent Hubble survey netted 16 hot Jupiter candidates in the central region of our Milky Way Galaxy, suggesting that there may be billions of these gas-giant star huggers in our galaxy.

HD 209458b is one of the most intensely studied extrasolar planets because it is one of the few known alien worlds that can be seen passing in front of, or transiting, its star, causing the star to dim slightly. In fact, the gas giant is the first such alien world discovered to transit its star. HD 209458b is 150 light-years from Earth in the constellation Pegasus.

The planet's transits allow astronomers to analyze the structure and chemical makeup of the gas giant's atmosphere by sampling the starlight that passes through it. The effect is similar to finding fingerprints on a window by watching how sunlight filters through the glass.

Previous Hubble observatoins revealed oxygen, carbon, and sodium in the planet's atmosphere, as well as a huge hydrogen upper atmosphere with a comet-like tail. These landmark studies provided the first detection of the chemical makeup of an extrasolar planet's atmosphere.

Additional observations by NASA's Spitzer Space Telescope captured the infrared glow from the planet's hot atmosphere.

The new study by Ballester and her team is based on an analysis of archival observations made in 2003 with Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph by David Charbonneau of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass. Ballester's team analyzed spectra from hot hydrogen atoms in the planet's upper atmosphere, a region not studied by Charbonneau's group.

For more information, contact Gilda Ballester, University of Arizona, Lunar and Planetary Laboratory, Tucson, Ariz., (phone) 520-621-4073, (e-mail) gilda@vega.lpl.arizona.edu

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