(An artist’s impression of the planet Janssen, which orbits its star so closely that its entire surface is a lava ocean that reaches temperatures of around 2,000 degrees Celsius. Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser)
(An artist’s impression of the planet Janssen (orange circle), which orbits its star so closely that its entire surface is a lava ocean that reaches temperatures of around 2,000 degrees Celsius. Credit: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation)
(A diagram of the star Copernicus (large circle) from a new study investigating how the exoplanet 55 Cnc e (nicknamed “Janssen” and represented by a black dot) orbits its star. The research revealed that the planet’s orbit (slanted horizontal line) broadly aligns with the star’s equator. This new information was obtained from precise measurements of the host star’s light. As Janssen moves between the star and Earth, the measured starlight dips. The resulting change in the star’s observed color depends on which half of the star Janssen is crossing. Due to the Doppler effect, the hemisphere rotating toward Earth is slightly bluer, the opposite hemisphere spinning away is somewhat redder, and the middle is unchanged. Credit: L. Zhao et al./Nature Astronomy 2022)
지구에서 40광년 정도 떨어진 게자리 55는 5개의 행성을 거느린 태양보다 약간 작은 별로 사실 어두운 적색왜성과 함께 공전하는 쌍성계입니다. 현재까지 발견된 5개의 행성 중 게자리 55e (55 Cnc e )는 얀센 (Janssen)이라는 별명을 지니고 있는데, 공전 주기가 18시간 밖에 되지 않는 뜨거운 슈퍼 지구로 잘 알려져 있습니다.
얀센 행성의 거리는 모항성에서 200만km에 불과하며 표면 온도는 섭씨 2000도 정도로 지각을 이루는 암석이 모두 녹아 용암의 바다를 이루고 있을 것으로 추정됩니다. 지름은 지구의 두 배 정도이고 질량은 대략 8배로 아마도 더 먼 거리에서 생성된 후 모항성 (코페르니쿠스라는 별명을 지니고 있음) 가까이로 끌려온 행성일 것입니다.
플라티론 컴퓨터 천체물리학 센터의 릴리 자오 (Lily Zhao, a research fellow at the Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA) in New York City)가 이끄는 연구팀은 로웰 천문대의 EXtreme PREcision Spectrometer (EXPRES)의 데이터를 분석해서 얀센의 정확한 궤도를 측정하는 데 성공했습니다.
보통 외계 행성의 공전 궤도는 대략적인 거리 정도를 알아내는 것이 최선의 결과입니다. 하지만 얀센은 매우 독특한 조건 때문에 이를 정확히 측정할 수 있었습니다. 지구에서 보면 모항성 코페르니쿠스가 자전하면서 가까워지는 별 표면은 도플러 효과에 의해 약간 파란색이 되고 멀어지는 쪽은 약간 붉은 색이 됩니다. (3번째 사진)
그런데 그 앞으로 얀센 행성이 지나면서 가리는 별빛의 양과 파장이 달라지기 때문에 정확히 어느 부분을 지나는지 측정할 수 있는 것입니다. 물론 지구에서 상대적으로 가까운 거리, 지구에서 봤을 때 별 바로 앞을 지나는 공전 궤도, 그리고 매우 작은 차이도 감지하는 최신 관측 기술 덕분이라고 할 수 있습니다. 참고로 나머지 4개 행성은 공전 거리가 멀 뿐 아니라 지구에서 봤을 때 모항성 앞을 지나는 것도 아니라 측정이 어렵습니다.
(동영상)
이번 연구에서 놀라운 사실은 얀센 행성이 적도 부근을 공전하는 대신 약간 기울어진 각도에서 좀 아래 쪽을 공전하고 있다는 것입니다. 이런 이상한 궤도는 동반성의 중력에 의한 간섭이 원인으로 생각되고 있습니다.액체 상태인 얀센 행성 표면은 별의 중력 때문에 별에 가까운 부분에서 부풀어 올라 아마도 약간 타원형일 것으로 생각됩니다.
현재까지 공전 궤도를 정확히 측정할 수 있는 외계 행성은 몇 개 되지 않습니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경 같은 강력한 차세대 망원경이 본격 관측에 돌입했고 현재 계속해서 새로운 관측 기술이 등장하고 있는 만큼 앞으로는 독특한 궤도를 지닌 외계 행성의 모습이 대거 드러나게 될 것입니다. 우리가 미처 상상하지 못했던 이상한 궤도를 공전하는 외계 행성이 계속해서 등장할 것으로 생각합니다.
참고
https://phys.org/news/2022-12-hell-planet-hot-reveal-orbital.html
https://en.wikipedia.org/wiki/55_Cancri_e
Lily Zhao et al, Measured spin–orbit alignment of ultra-short-period super-Earth 55 Cancri e, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01837-2. www.nature.com/articles/s41550-022-01837-2
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