지구에서 33.1 광년 (10.1 파섹) 떨어진 적색 왜성 글리제 436 (Gliese 436) 은 태양질량의 42% 정도에 밝기는 2.5%, 표면온도는 3318K 정도의 평범한 적색왜성입니다. (M2.5V) 적색 왜성 중에서는 약간 큰 축이지만 그런 적색왜성을 찾기는 별로 어렵지 않은게 사실이니 말이죠. 하지만 이 적색왜성은 몇개의 행성도 같이 거느리고 있습니다. 최근에야 행성을 지닌 적색 왜성도 드물진 않지만 이 별의 행성들은 나름대로 이야기를 가지고 있습니다.
2004 년에 발견된 첫번째 행성 글리제 436b (Gliese 436b) 는 지구 질량의 22.2 배 정도되는 외계 행성입니다. 지름은 대략 55000 km 정도로 해왕성보다 약간 큰 정도입니다. 하지만 해왕성과는 달리 모항성에서 평균 435 만 km 떨어진 매우 가까운 궤도에서 공전하고 있습니다. 따라서 공전 주기 역시 2일 + 15.5 시간에 불과합니다. 덕분에 추정 표면 온도도 712K (439 ℃) 로 매우 높은 편입니다.
이 행성은 크기와 지름 때문에 뜨거운 해왕성 (hot neptune) 이라고 불리고 있는데 이를 연구한 과학자들은 이 행성이 단순히 가스만으로 이루어졌다고 보기엔 온도나 질량에 비해 크기가 작다는 사실을 발견했습니다. 따라서 일부 연구자들은 이 행성이 뜨거운 얼음 (hot ice) 의 내부 구조를 지니고 있을 것으로 추정했습니다.
글리제 436b 의 표면은 수소 및 헬륨 처럼 가벼운 가스로 되어 있겠지만 그 밑에는 고압 고온의 고체 형태의 얼음이 존재할 것으로 추정하는 연구자들도 있습니다. (1) 물은 높은 압력과 온도에서 고체 상태로 존재할 수 있기 때문입니다. 또 일부 연구자들은 이 행성이 본래는 지금보다 훨씬 큰 목성만한 크기였으나 적색 왜성의 코로나 물질 방출 (Corona Mass Ejection) 으로 인해 오랜 세월 상층의 수소와 헬륨층이 제거되어 지금만한 크기가 되었다고 생각하고 있습니다. (2) (그러나 일부 학자들은 이 행성이 슈퍼 지구 (super earth) 일 가능성도 배제는 하지 않고 있습니다)
(글리제 436b 의 예상되는 내부 구조 모델 // Dr. Jason Wright "freely available to the public" )
참고로 글리제 436 의 수명은 대략 65 억 - 99 억년 정도로 태양보다 더 오래된 항성으로 생각됩니다. 오랜 세월 그 위치에 있던 글리지 436 b 의 경우 그 영향을 받았을 가능성도 있죠. 하지만 적색 왜성의 수명은 꽤 길기 때문에 위의 모델이 맞다면 위의 수소와 헬륨층은 미래에 완전히 제거될 가능성도 있어 보입니다.
이것만 해도 꽤 흥미롭긴 하지만 최근 나사의 보도에 의하면 스피처 우주 망원경이 새롭게 추가적인 외계 행성을 찾아내는 데 성공했다고 합니다. 이전부터 글리제 436c 라는 추가적인 외계 행성이 존재한다는 주장이 있었으나 확실히 증명되지 못했는데 이 발견으로 - 어느 정도 확신이 있어서 발표했다고 생각됩니다 - 글리제 436 에 여러 행성이 있는 것으로 생각됩니다.
이 새로운 외계 행성 후보는 현재 UCF - 1.01 이라는 임시 명칭을 부여받았는데 (그리고 세번째 외계 행성 UCF -1.02 도 의심되고 있습니다) 스피처 우주 망원경이 식현상 (Transit) 를 이용해서 발견한 첫번째 지구 사이즈의 외계 행성입니다.
그런데 정확히 말하면 이 행성은 사실은 지구의 2/3 정도 지름을 가지고 있습니다. 즉 지구와 화성 중간 크기입니다. 그 지름은 8400 km 정도로 생각됩니다. 단 지구같은 환경은 기대하기 힘든게 앞서 글리제 436b 보다 더 가까운 위치에서 공전하기 때문에 공전 주기가 1.4 일에 불과하기 때문입니다. 예상되는 표면 온도는 적어도 600℃ 이상 이며 사실 지구보단 수성에 더 가까운 행성입니다. 이 행성 표면 온도가 충분히 뜨겁다면 표면이 마그마 상태로 되어있을 지 모른다고 연구팀은 생각하고 있습니다. (3)
(표면에 마그마가 있는 컨셉으로 그려진 외계 행성 UCF - 1.01. 현재까지 존재가 확정된 것이 아니고 후보 외계 행성. This artist's concept shows what astronomers believe is an alien world just two-thirds the size of Earth -- one of the smallest on record. It was identified by NASA's Spitzer Space Telescope. The exoplanet candidate, known as UCF-1.01, orbits a star called GJ 436, which is located a mere 33 light-years away. UCF-1.01 might be the nearest world to our solar system that is smaller than our home planet. Image credit: NASA/JPL-Caltech )
이 연구는 스피처 우주 망원경의 외계 행성 탐사에 새로운 가능성을 보여주는 것으로 나사에서는 생각하고 있습니다. 지금까지 케플러 우주 망원경이 탐사한 1800 개의 외계 행성 가운데 지구와 비슷한 크기는 3개 정도였습니다. 따라서 지구만한 외계 행성은 여전히 찾기 힘들다는 것을 알 수 있습니다. 앞으로 지구와 유사한 크기의 외계 행성을 찾는 데 우주 망원경들도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대됩니다.
참고
1. M. Gillon et al. (2007). "Detection of transits of the nearby hot Neptune GJ 436 b" (PDF). Astronomy and Astrophysics 472 (2): L13–L16. Bibcode 2007A&A...472L..13G. DOI:10.1051/0004-6361:20077799.
2. H. Lammer et al. (2007). "The impact of nonthermal loss processes on planet masses from Neptunes to Jupiters". Geophysical Research Abstracts 9 (07850). By analogy with Gliese 876 d.
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