(These simulated views of the ultrahot Jupiter WASP-121b show what the planet might look like to the human eye from five different vantage points, each illuminated to different degrees by its parent star. The images were made with a computer simulation being used to help scientists understand the atmospheres of these planets. Ultrahot Jupiters reflect almost no light, much like charcoal. However, their daysides have temperatures of between 3,600 F and 5,400 F, so they produce their own glow like a hot ember. The orange color in this simulated image thus comes from the planet's own heat. Credit: NASA/JPL-Caltech/Vivien Parmentier/Aix-Marseille University (AMU))
(Jupiter-like exoplanets are 99 percent molecular hydrogen and helium with smaller amounts of water and other molecules. But what their spectra show depends strongly on temperature. Warm-to-hot planets form clouds of minerals, while hotter planets make starlight-absorbing molecules of titanium oxide. Yet to understand ultrahot Jupiter spectra, the research team had to turn to processes more commonly found in stars. Credit: Michael Line/ASU)
과학자들은 뜨거운 목성 (hot jupiter)라고 불리는 형태의 외계 행성을 다수 찾아냈습니다. 이 행성들은 목성보다 크지만, 수성보다 별에서 더 가까운 위치에 있어 표면 온도가 매우 뜨겁습니다. 상당수 행성은 별에서 너무 가까운 거리에 있어 지구 - 달처럼 조석 고정이 일어나 별을 바라보는 쪽은 영원한 낮이고 반대쪽은 영원한 밤입니다. 과학자들은 뜨거운 목성 가운데서도 특히 온도가 더 뜨거운 초고온 목성형 (ultrahot Jupiter)이 있다는 사실도 알아냈습니다.
초고온 목성은 낮 부분의 온도가 섭씨 2000-3000도에 달하는 행성으로 사실상 온도가 낮은 별과 비슷한 표면온도를 지니고 있습니다. 과학자들은 초고온 목성이 그보다 약간 온도가 낮은 뜨거운 목성과 상당히 다른 대기 성분을 가지고 있음을 확인하고 그 이유를 궁금하게 생각했습니다. 예를 들어 뜨거운 목성에 풍부한 물 분자는 초고온 목성에서는 거의 발견할 수 없었습니다.
애리조나 주립 대학의 천체물리학자인 마이클 라인(Arizona State University astrophysicist Michael Line) 교수와 그 동료들은 WASP-121b같은 초고온 목성의 허블 및 스피처 우주 망원경 관측 결과와 시뮬레이션을 통해 대기와 표면의 특징이 행성보다 오히려 항성이나 갈색왜성에 더 가깝다는 연구 결과를 얻었습니다. ("The daysides of these worlds are furnaces that look more like a stellar atmosphere than a planetary atmosphere")
이에 따르면 물 분자가 거의 발견되지 않는 이유도 쉽게 설명될 수 있습니다. 너무 뜨겁기 때문에 물 분자가 수소와 산소로 분해되는 것입니다. 수소와 산소는 밤인 지역에서 다시 만나 물 분자를 만들 수 있지만, 낮인 지역으로 다시 오면 또 다시 분해됩니다. 이런 순환 사이클은 다른 행성에서는 볼 수 없는 것입니다.
또 다른 흥미로운 사실은 이 행성 자체는 반사율이 매우 낮아 마치 숯처럼 검지만, 뜨거운 표면 때문에 가시광과 적외선 영역에서 빛을 내서 호박색으로 보인다는 점입니다. 이는 스스로 빛나지 않고 항성의 빛을 반사하는 행성의 정의에 어긋나 보이지만, 그렇다고 이런 초고온 목성을 항성으로 분류하기는 어려울 것입니다.
초고온 목성은 우주에 태양계에는 없는 매우 독특한 행성들이 여럿 존재한다는 사실을 보여주는 사례일 것입니다. 아마 아직 우리가 모르는 더 다양한 형태의 행성들이 존재할 것입니다.
참고
V. Parmentier et al, From thermal dissociation to condensation in the atmospheres of ultra hot Jupiters: WASP-121b in context, Astronomy & Astrophysics (2018). DOI: 10.1051/0004-6361/201833059
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