우주 이야기 270 - 외계 행성의 표면 온도와 물의 존재를 확인한 허블 우주 망원경

 우리는 매일 일기 예보를 보면 하루 예상 기온을 쉽게 알 수 있습니다. 그리고 지구 전체의 표면 기온 지도도 이제는 쉽게 작성이 가능하죠. 그러나 외계 행성의 표면의 지역에 따른 온도 차이를 측정한다는 것은 아직까지는 기술의 한계를 시험하는 일입니다. 그런데 최근 천문학자 팀이 허블 우주 망원경을 사용해서 WASP-43b 라는 외계행성에서 표면의 온도의 지역에 따른 변화를 측정하는데 성공했다고 합니다. 

(WASP-43b 의 온도 지도 This is a temperature map of exoplanet WASP-43b. The gas giant planet orbits very close to its parent star with a period of 19.5 hours. Because the planet keeps one side facing its star, there are huge temperature extremes between the day and night sides. The white-colored region on the daytime side is 2,800 degrees Fahrenheit. The nighttime-side temperatures drop below 1,000 degrees Fahrenheit. This steep gradient is in stark contrast to the predominantly uniform temperatures of the solar system's giant planets. Infrared observations with the Hubble Space Telescope measured how temperatures change with both altitude and longitude on the planet.

Credit: NASA, ESA, and K. Stevenson, L. Kreidberg, and J. Bean (University of Chicago) ) 

 지구에서 대략 260 광년 정도 떨어진 WASP-43 은 태양 질량의 58% 정도 되는 작은 별로 2011 년 목성질량의 1.78 배 정도 되는 외계 행성 WASP-43b 를 거느리고 있는 것이 확인되었습니다. 대략 모항성을 0.8일 마다 한번씩 공전하는 뜨거운 목성 (Hot Jupiter) 형 외계 행성으로 그 거리는 0.0142 AU (약 200 만 km) 에 불과합니다. 따라서 그 표면은 엄청나게 뜨거운 상태입니다. 

 이번 관측 결과에 의하면 WASP-43b 는 모항성을 향하고 있는 면 (즉 낮인 지역) 의 온도가 섭씨 1650 도 수준으로 철을 녹일 수 있는 수준이며 밤인 지역도 섭씨 548 도로 은을 녹일 수 있는 수준입니다. 이 행성은 모항성에서 너무 가까이 있어서 지구-달 같이 조석 고정이 되어 있습니다. 즉 지구에서 달의 한쪽 면만 볼 수 있는 것처럼 이 행성도 한쪽 면만 모항성을 바라봅니다. (즉 한쪽은 영원히 낮이고 반대쪽은 영원히 밤) 그러나 밤이라도 해도 그다지 선선하지는 않은 셈이죠.   

 그런데 사실 허블 우주 망원경은 이 외계 행성의 표면 온도 분포만 측정한 것이 아니었습니다. 분광학적 연구를 통해서 이 행성에서 수증기의 존재 역시 찾아내는 데 성공했습니다. 물은 매우 흔한 물질로써 이런 행성들이 형성될 때 중요한 역할을 한다고 믿어지고 있습니다. 또 혜성 등의 충돌로 인해서 추가로 물이 공급되기도 합니다. 

 이번 관측 결과에서 과학자들은 위치에 있어서는 매우 특이함에도 불구하고 실제로는 이 WASP-43b 가 태양계와 비슷한 수준의 물을 가지고 있다는 결론에 도달했다고 합니다. 이는 외계 행성들이 형성될 때 상당한 양의 물이 포함될 수 있다는 추론을 뒷받침 하므로써 생명체 탄생에 필요한 물의 존재가 우주에 드물지 않다는 예측도 가능하게 합니다. 

 향후 지속적인 관측을 통해서 더 많은 사례들을 찾아낸다면 우리는 외계 행성 중에 과연 얼만큼이나 많은 행성들이 생명체를 탄생시킬 만한 환경을 지녔는지를 알 수 있을 것입니다. 

 참고 

Journal References:

1. Kevin B. Stevenson, Jean-Michel Desert, Michael R. Line, Jacob L. Bean, Jonathan J. Fortney, Adam P. Showman, Tiffany Kataria, Laura Kreidberg, Peter R. McCullough, Gregory W. Henry, David Charbonneau, Adam Burrows, Sara Seager, Nikku Madhusudhan, Michael H. Williamson, and Derek Homeier. Thermal structure of an exoplanet atmosphere from phase-resolved emission spectroscopy. Science, 9 October 2014 DOI: 10.1126/science.1256758
2. Laura Kreidberg, Jacob L. Bean, Jean-Michel Desert, Michael R. Line, Jonathan J. Fortney, Nikku Madhusudhan, Kevin B. Stevenson, Adam P. Showman, David Charbonneau, Peter R. McCullough, Sara Seager, Adam Burrows, Gregory W. Henry, Michael Williamson, Tiffany Kataria, Derek Homeier. A PRECISE WATER ABUNDANCE MEASUREMENT FOR THE HOT JUPITER WASP-43b. The Astrophysical Journal, 2014; 793 (2): L27 DOI: 10.1088/2041-8205/793/2/L27

   

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141009141450.htm

http://www.nasa.gov/press/2014/october/nasas-hubble-maps-the-temperature-and-water-vapor-on-an-extreme-exoplanet/index.html#.VDeZ5_l_t8F