우주 이야기 1313 - 뜨거운 목성의 대기를 관측한 제임스 웹 우주 망원경

 

(The team obtained the thermal emission spectrum of WASP-18 b by measuring the amount of light it emits over the Webb Telescope's NIRISS SOSS 0.85 - 2.8 micron wavelength range, capturing 65% of the total energy emitted by the planet. WASP-18 b is so hot on the day side of this tidally locked planet that water molecules would be vaporized. Webb directly observed water vapor on the planet in even relatively small amounts, indicating the sensitivity of the observatory. Credit: NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC))

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(This infographic explains how astronomers use exoplanet transits and eclipses to learn more about these distant worlds. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)

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(WASP-18 b, seen in an artistic illustration, is a gas giant exoplanet 10 times more massive than Jupiter that orbits its star in just 23 hours. Researchers used the NIRISS instrument on the James Webb Space Telescope to study the planet as it moved behind its star. Temperatures there reach 2,700 degrees Celsius. Credit: NASA/JPL-Caltech/K. Miller/IPAC)

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나사의 제임스 웹 우주 망원경이 400광년 떨어져 있는 뜨거운 목성형 행성의 뜨거운 대기를 관측했습니다. WASP-18 b는 목성의 10배 정도 되는 거대 가스 행성으로 태양보다 약간 큰 별 주위를 공전하고 있습니다.

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하지만 모항성에서 너무 가까이 있어 지구의 달처럼 조석 고정 tidal locking 이 일어나 낮인 부분은 영원히 낮이고 밤인 부분은 영원히 밤입니다. 낮인 부분의 온도는 별에 근접한 수준인 2700K이고 낮과 밤인 지역의 온도 차이는 1000도에 달합니다. 매우 강력한 바람이 불 것으로 예상할 수 있는 조건입니다.

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캐나다 몬트리올 대학의 루이-필립 쿨롱베 (Université de Montréal Ph.D. student Louis-Philippe Coulombe)가 이끄는 과학자 팀은 제임스 웹 우주 망원경에 탑재된 Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)를 이용해 WASP-18 b의 대기를 분석했습니다. 참고로 NIRISS는 캐나다 우주국과 몬트리올 대학 등 협력 기관들이 개발한 것입니다.

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연구팀은 별에 비하면 반딧불처럼 희미한 행성의 빛을 관측하기 위해 행성이 별 앞을 지날 때와 아닐 때를 분리해서 관측했습니다. 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 6시간 동안 관측한 결과 과학자들은 이 행성의 바람이 목성과 달리 독특한 방향으로 분다는 사실을 발견했습니다.

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WASP-18 b의 바람의 흐름은 자전 방향에 맞춰 동쪽에서 서쪽으로 향하지 않았습니다. 오히려 자전 방향의 수직으로 북극과 남극 방향을 향했는데, 이는 매우 강력한 자기장 때문으로 해석됩니다. 목성이 지구와는 비교할 수 없을 만큼 강력한 자기장을 지닌 것처럼 WASP-18 b 역시 목성보다 훨씬 강력한 자기장을 지닌 것으로 보입니다.

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스펙트럼 검사에서 밝혀진 새로운 사실은 물의 존재입니다. 본래 이 온도에서는 물이 수소와 산소로 분리되지만, 밤인 곳에서는 일부 살아남은 물 분자가 있어 소량이지만 검출에 성공한 것으로 보입니다. 이는 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 보여주는 것입니다.

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제임스 웹 우주 망원경은 현재 여러 가지 성과를 내며 우주에 대한 인간의 이해를 넓히고 있습니다. 앞으로도 새로운 성과들이 계속 쏟아질 것으로 기대합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-05-niriss-instrument-webb-ultra-hot-jupiter-like.html

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Louis-Philippe Coulombe et al, A broadband thermal emission spectrum of the ultra-hot Jupiter WASP-18b, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06230-1