우주 이야기 436 - 외계 행성의 자전을 직접 측정하다.

(An illustration of a planet that is four times the mass of Jupiter and orbits 5 billion miles from a brown dwarf companion object (the bright red star seen in the background). The planet is only 170 light-years away. Our sun is a faint star in the background. Credit: NASA, ESA, and G. Bacon/STScI )​

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 과학자들이 허블 우주 망원경을 이용해서 직접 외계행성의 표면을 관측해 자전 주기를 측정했습니다. 이런식으로 자전 주기를 측정한 외계 행성은 최초입니다.

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 애리조나 대학의 다니엘 아파이(Daniel Apai of the University of Arizona in Tucson)와 그의 동료들은 허블 우주 망원경을 이용해서 지구에서 170광년 떨어진 거리에 있는 슈퍼 목성(super Jupitor)인 ​2M1207b를 관측했습니다.

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 이 외계 행성은 별이 아니라 항성보다 작지만 행성보다 큰 천체인 갈색 왜성 주변을 공전하고 있습니다. 모성인 2M1207과의 거리는 80억 km 정도인데 모성과 이 행성의 질량차이는 5-7배 수준으로 사실상 거의 쌍성계에 가까운 시스템이라고 할 수 있습니다.

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 이렇게 어두운 갈색 왜성 주변의 외계 행성이지만, 과학자들은 적외선 파장대를 관측해 행성 표면의 변화를 측정할 수 있습니다. 왜냐하면 생성된지 1,000만년 이내의 젊은 행성으로 아직 수축하는 과정에 있어 일반 행성대비 많은 열을 내놓기 때문입니다. 그 표면 온도는 섭씨 1200~1400도 수준입니다. 규소나 철의 비가 내릴 수 있을 만큼 뜨겁습니다.

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 연구팀은 이 행성의 표면 변화를 관측해 자전 주기가 대략 10시간 정도에 불과하다는 결론을 얻었습니다. 이는 슈퍼 목성이 목성처럼 자전속도가 빠를 것이라는 기존의 가설에 부합되는 것입니다.

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(This graph shows changes in the infrared brightness of 2M1207b as measured by the Hubble Space Telescope. Over the course of the 10-hour observation, the planet showed a change in brightness, suggesting the presence of patchy clouds that influence the amount of infrared radiation observed as the planet rotates. Credit: NASA, ESA, Y. Zhou (University of Arizona), and P. Jeffries (STScI) )​

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 현재 망원경의 성능으로는 외계 행성의 자전주기를 측정하는 일이 성능의 한계를 시험하는 매우 어려운 일입니다. 하지만 제임스웹 우주 망원경이 관측을 시작하면 더 많은 외계 행성의 자전 주기를 측정할 수 있게 될 것입니다. 

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 참고

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  "Discovery of Rotational Modulations in the Planetary-Mass Companion 2M1207b: Intermediate Rotation Period and Heterogeneous Clouds in a Low Gravity Atmosphere," Yifan Zhou, Daniel Apai, et al., 2016 Feb. 20, Astrophysical Journalarxiv.org/abs/1512.02706                                        

  http://phys.org/news/2016-02-hubble-rotation-cloudy-super-jupiter.html#jCp 

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