(NASA's Kepler mission has discovered a world where two suns set over the horizon instead of just one. The planet, called Kepler-16b, is the most "Tatooine-like" planet yet found in our galaxy and is depicted here in this artist's concept with its two stars. Tatooine is the name of Luke Skywalker's home world in the science fiction movie Star Wars. In this case, the planet is not thought to be habitable. It is a cold world, with a gaseous surface, but like Tatooine, it circles two stars. The largest of the two stars, a K dwarf, is about 69 percent the mass of our sun, and the smallest, a red dwarf, is about 20 percent the sun's mass. Most of what we know about the size of stars comes from pairs of stars that are oriented toward Earth in such a way that they are seen to eclipse each other. These star pairs are called eclipsing binaries. In addition, virtually all that we know about the size of planets around other stars comes from their transits across their stars. The Kepler-16 system combines the best of both worlds with planetary transits across an eclipsing binary system. This makes Kepler-16b one of the best-measured planets outside our solar system. Kepler-16 orbits a slowly rotating K-dwarf that is, nevertheless, very active with numerous star spots. Its other parent star is a small red dwarf. The planetary orbital plane is aligned within half a degree of the stellar binary orbital plane. All these features combine to make Kepler-16 of major interest to studies of planet formation as well as astrophysics. Cerdit: NASA/JPL-Caltech)
우주에 있는 별 가운데 거의 절반은 두 개의 별이 서로를 공전하는 쌍성계입니다. 과학자들은 쌍성계에서는 별의 중력 간섭으로 인해 행성이 생성되기 어렵다고 생각했습니다. 하지만 실제 관측 결과 생각보다 많은 행성이 쌍성계 주변에서 발견되었습니다. 그런데 지금까지 발견된 쌍성계 주변 (circumbinary planet)은 대부분 목성 같은 가스 거인이었습니다.
나사 에임즈 연구 센터의 케이티 레스터 (Katie Lester of NASA's Ames Research Center)가 이끄는 과학자팀은 나사의 행성 사냥꾼인 TESS 데이터와 8.1m 구경 제니미 노스/사우스 망원경(Gemini North and South telescopes), 킷 피크 국립 천문대의 3.5m 구경 WIYN 망원경 (WIYN 3.5-meter Telescope at Kitt Peak National Observatory) 관측 결과를 토대로 식현상을 이용해 외계 행성을 포착하는 방법이 쌍성계 주변에서 지구 크기의 외계 행성을 놓칠 가능성이 크다고 주장했습니다.
참고로 TESS는 선배인 케플러 우주 망원경과 마찬가지로 행성이 별 앞을 지날 때 미세하게 밝기가 어두워지는 식현상을 이용해서 외계 행성의 존재를 포착합니다. 물론 별의 밝기 변동은 여러 가지 이유로 일어날 수 있기 때문에 이것만으로 외계 행성의 존재를 입증할 순 없습니다. TESS의 목표는 후보들을 찾는 것으로 이후 추가 관측을 통해 외계 행성의 존재를 검증하고 특성을 알아냅니다.
연구팀은 지상 망원경을 이용해서 TESS가 포착한 외계 행성 후보 중 상당수가 사실은 쌍성계라는 것을 확인했습니다. 제미니 노스 사우스 망원경으로 확인한 73개, 그리고 다른 망원경으로도 15개를 확인했습니다. TESS는 원리상 쌍성계와 외계 행성을 100% 구분하기 어렵습니다.
그리고 쌍성계의 경우 서로 식현상을 일으키거나 동반성에 의해 밝기 변화가 일어나기 쉽기 때문에 TESS로 외계 행성을 포착하기가 어렵습니다. 따라서 웬만큼 큰 가스 행성이 아닌 다음에는 TESS 같은 방식으로는 외계 행성의 존재를 의심하기 쉽지 않습니다. 연구팀의 분석에 따르면 혼자 있는 별 주변에서는 작은 행성이나 큰 행성 모두 검출이 가능하지만, 쌍성계에서는 큰 행성만 겨우 검출할 수 있을 뿐입니다.
이번 연구에서는 구체적으로 얼마나 많은 지구형 행성이 쌍성계에 숨어 있을지는 추정하지 못했습니다. 그러나 스타워즈에 나오는 타투인 행성 같은 쌍성계 주변 외계 행성 중 상당수는 현재 확인이 어려운 상태일 것입니다. 이 한계를 극복할 수 있는 방법에 대해 고민과 연구가 필요할 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2021-06-astronomers-uncover-evidence-earth-sized-planets.html
Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars. II. Stellar Companions at 1-1000 AU and Implications for Small Planet Detection, arXiv:2106.13354 [astro-ph.SR] arxiv.org/abs/2106.13354
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