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우주 이야기 955 - 대기가 사리진 지구형 행성


(Artist’s rendering of the surface of LHS 3844b, a planet that has been found to have no atmosphere. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC))



(Cartoon illustrating the brightness measured over time (white line) corresponding to a tidally locked planet orbiting its parent star. The brightness increases as the planet’s hot dayside rotates into view. Credit: Laura Kreidberg)


 MIT와 하버드 대학의 연구팀이 지구와 비슷한 외계 행성이 대기를 잃어버린 증거를 찾아냈습니다. 작년 TESS가 찾아낸 외계 행성 LHS 3844b는 지구의 1.3배 크기로 공전 주기가 11시간에 불과할 정도로 모항성에 가깝습니다. 비록 작고 어두운 적색왜성 주변을 공전하는 행성이지만 이 정도로 가까운 거리에서 공전한다면 대기가 남을 수 있을지 궁금한 수준입니다


 하버드 천체물리학 센터의 로라 크레이드버그 (Laura Kreidberg, a researcher at the Harvard Center for Astrophysics)를 비롯한 연구팀은 이를 검증할 수 있는 방법을 찾아냈습니다. LHS 3844b는 지구에서 49광년 떨어져 있는 비교적 가까운 행성이지만, 현재 기술 수준에서 대기를 직접 관측하기는 어렵습니다. 연구팀은 직접 대기를 관측하는 대신 낮과 밤의 온도 차이를 측정했습니다. 


 이렇게 모항성에서 가까운 경우 지구와 달에서 볼 수 있는 것처럼 조석 고정이 일어나 행성의 한쪽은 영원한 낮이고 반대편은 영원한 밤이 됩니다. 민약 행성 표면 온도의 차이가 매우 크다면 이는 열에너지를 전달하는 대기가 없다는 이야기가 됩니다. 연구팀은 스피처 우주 망원경을 이용해 LHS 3844b를 100시간에 걸쳐 관측했습니다. 대략 10회 공전 주기를 관측한 셈입니다. 이 때 행성에 의한 밝기 변화는 두 번째 사진에서처럼 구할 수 있습니다. 그리고 이를 통해 표면 온도 변화를 추정할 수 있습니다. 


 그 결과 LHS 3844b는 낮에는 1000K 정도 온도인 반면 밤에는 거의 절대 영도에 가까운 추운 온도로 나타났습니다. 이는 대기에 의한 열교환이 전혀 없어야 설명이 가능한 차이입니다. 결론적으로 이 행성은 대기가 없는 셈입니다. 


 아마도 우주에는 이렇게 모항성에 의해 대기를 모두 잃어버린 행성이 그렇게 드물지 않을 것입니다. 앞으로 연구를 통해서 더 다양한 사연을 지닌 행성들을 찾아낼 수 있을 것입니다. 


 참고 


Laura Kreidberg et al. Absence of a thick atmosphere on the terrestrial exoplanet LHS 3844b, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1497-4
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