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2013년 2월 23일 토요일

우주 이야기 143 - 가장 작은 외계 행성 발견 (2013)



 여러 차례 전해드린 것 처럼 케플러 우주 망원경은 수년에 걸쳐 수많은 외계 행성을 찾아내는 데 성공했으며 그 중에는 지구 보다 작은 것도 존재합니다. (  http://blog.naver.com/jjy0501/100148396580 참고 ) 그런데 최근 케플러 우주 망원경 자료를 검토한 토마스 바클레이 Thomas Barclay 를 비롯한 나사 케플러 팀의 과학자들은 거문고 자리 (constellation Lyra) 방향으로 지구에서 215 광년 정도 떨어진 황색 왜성 케플러 - 37 (Kepler - 37, G type star 로 태양 지름의 80% 와 태양질량의 약 77% 정도 되는 주계열성, 나이는 60 억년 정도 추정) 에 매우 작은 외계 행성이 있다는 것을 발견했습니다. 


 이들이 발견한 외계 행성은 모두 3개 인데 그 중에서 가장 안쪽을 공전하는 케플러 - 37b 는 지금까지 발견된 외계 행성 가운데 가장 작은 행성이라는 타이틀을 새롭게 차지하게 되었습니다. 추정되는 크기는 지구 지름에 30 % 수준에 불과해 심지어 수성 보다도 작습니다. 참고로 수성은 지구 지름의 38% 정도 크기에 질량은 5.5% 에 지나지 않습니다. 케플러 37b 의 경우 이보다도 질량이 더 작을 것으로 보입니다. 케플러 우주 망원경은 최소 지구 만한 외계 행성을 찾아내려는 목적으로 개발되었으나 이제 수성 보다 작은 외계 행성을 발견한 셈입니다. 



(새로 발견된 케플러 - 37 b/c/d 의 크기와 태양계 내행성의 크기 비교 NASA's Kepler mission has discovered a new planetary system that is home to the smallest planet yet found around a star like our sun, approximately 210 light-years away in the constellation Lyra. (Credit: NASA/Ames/JPL-Caltech)   ) 


 여러 모로 수성과 비슷한 케플러 - 37b 는 사실 수성 보다 모항성에 가까운 궤도를 공전합니다. 예상 공전 궤도는 0.1 AU (약 1500 만 km) 에 불과해 그 표면 온도는 700 K 에 달할 것으로 보입니다. 공전 주기도 13.3 일에 불과합니다. 그 바깥쪽으로 두개의 외계 행성 케플러 - 37c 와 케플러 - 37d 가 있습니다.


 케플러 - 37c 의 경우 지구 지름의 0.74 배 정도로 추정되며 지구와 화성의 중간 크기로 생각됩니다. 금성보다 약간 작은 이 행성 역시 모항성에서 아주 가까운 거리를 공전하는데 공전 궤도는 0.14 AU, 주기는 21.3 일에 불과합니다. 케플러 - 37d 의 경우 지구 지름에 2배 정도 되는 슈퍼 지구형 행성으로 생각되며 그 공전 궤도는 0.21 AU 주기는 40 일입니다. 


 한가지 흥미로운 점은 위치상 모두 생명체가 살 수 없는 매우 뜨거운 온도일 것으로 생각되나 마치 목성의 이오, 유로파(에우로파), 가니메데 처럼 이 행성들이 서로 궤도 공명 현상으로 5:8:15 의 공전 주기에 가깝게 움직인다는 것입니다. 이 점도 꽤 재미있는 현상이라고 하겠습니다.  


 한편 케플러 - 37 자체의 표면 온도는 태양보다 약간 차가운 5400 K 로 추정되고 가장 바깥쪽에서 발견된 케플러 - 37d 마저도 수성 보다 훨씬 가까운 위치에서 안정적으로 공전하고 있는 점으로 볼 때 이 3 행성 모두 밀도가 높은 암석형 행성일 가능성이 높아 보입니다. 아마도 크기와 온도를 고려할 때 케플러 - 37b 는 아무런 대기를 가지고 있지 않을 것으로 생각되며 이 점은 수성과 동일합니다. 


 사실 크기로 보면 케플러 - 37b 는 수성보다는 달에 더 가깝습니다. 케플러 - 37b 의 추정 지름을 지구의 30% 라고 할 때 대략 3800 km 의 지름을 지니는 셈인데, 이는 달의 3474 km 보다 약간 큰 정도이기 때문입니다. 그리고 태양계에서 가장 큰 위성인 가니메데 (지름 5268 km) 보다 더 작습니다. 


 케플러 -37b 의 발견은 우리가 모를 뿐이지 사실 태양계 이외에 다른 행성계 역시 지구보다 작거나 물론 수성보다도 작은 행성들을 다수 거느리고 있을 것임을 시사하고 있습니다. 사실 우리의 태양이 우주에서 아주 흔한 별인 점을 생각할 때 이 점은 전혀 놀라운 일은 아닙니다. 하지만 현재 기술 수준으로 이걸 발견했다는 것은 놀라운 일입니다. 


 향후 수성보다도 더 작은 외계 천체가 다수 발견될 때 과연 이것을 외계 행성이라고 불러야 하는지 외계 소행성이나 왜행성이라고 불러야 하는지도 상당히 흥미로운 주제가 될지 모르겠습니다. 다만 케플러 - 37b 의 경우는 다소 운이 좋은 경우였고 그 정도로 관측 기술이 발전하는 것은 아직은 좀 미래의 일일 것입니다. 아마도 그 정도 기술이 진보되는 시점에는 외계 위성 (Exomoon) 역시 대거 발견될 수 있겠죠. 외계 위성 역시 아주 흔할 것입니다. 아마 이 부분도 흥미로운 일 가운데 하나입니다.       


 참고 



 Journal Reference:

  1. Thomas Barclay, Jason F. Rowe, Jack J. Lissauer, Daniel Huber, Francois Fressin, Steve B. Howell, Stephen T. Bryson, William J. Chaplin, Jean-Michel Desert, Eric D. Lopez, Geoffrey W. Marcy, Fergal Mullally, Darin Ragozzine, Guillermo Torres, Elisabeth R. Adams, Eric Agol, David Barrado, Sarbani Basu, Timothy R. Bedding, Lars A. Buchhave, David Charbonneau, Jessie L. Christiansen, Jørgen Christensen-Dalsgaard, David Ciardi, William D. Cochran, Andrea K. Dupree, Yvonne Elsworth, Mark Everett, Debra A. Fischer, Eric B. Ford, Jonathan J. Fortney, John C. Geary, Michael R. Haas, Rasmus Handberg, Saskia Hekker, Christopher E. Henze, Elliott Horch, Andrew W. Howard, Roger C. Hunter, Howard Isaacson, Jon M. Jenkins, Christoffer Karoff, Steven D. Kawaler, Hans Kjeldsen, Todd C. Klaus, David W. Latham, Jie Li, Jorge Lillo-Box, Mikkel N. Lund, Mia Lundkvist, Travis S. Metcalfe, Andrea Miglio, Robert L. Morris, Elisa V. Quintana, Dennis Stello, Jeffrey C. Smith, Martin Still, Susan E. Thompson. A sub-Mercury-sized exoplanet.Nature, 2013; DOI: 10.1038/nature11914




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