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우주 이야기 1333 - 간헐적으로 증발하는 외계 행성


 

(Artist's conception. Credit: ESA/Hubble Information Centre)

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(A panel of exoplanet demographics information from the NASA Exoplanet Archive as of 2022 August. Nonspecified, field-age planets are represented by the light-blue contours and light-blue triangles. Specified planets have been searched for atmospheric escape. Filled circles indicate at least one published detection of hydrogen and/or helium escape. The crosses indicate hydrogen/helium escape nondetections. Among the detections/nondetections, field-age planets are dark blue, whereas young planets are red. The black star represents AU Mic b, with its range in bulk density showing its spread in mass measurements. The left panel shows the distribution of exoplanets in radius and period. The middle panel shows exoplanet radius vs. its X-ray-to-ultraviolet irradiation (Foster et al. 2022). The right panel shows exoplanet radius vs. bulk density limited to planets with σρ < 0.1ρ. Credit: The Astronomical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-3881/ace536)

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제임스 웹 우주 망원경의 맹활약에도 불구하고 아직 허블 망원경의 활약은 끝나지 않았습니다. 물론 반사경의 크기는 제임스 웹 우주 망원경이 훨씬 크지만, 관측 영역이 완전히 겹치지 않는다는 점이 중요합니다. 허블 우주 망원경은 제임스 웹 우주 망원경이 보지 못하는 짧은 가시광 영역 및 자외선 파장을 볼 수 있습니다.

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다트머스 대학의 케이글리 록클리프(Keighley Rockcliffe of Dartmouth College)가 이끄는 연구팀은 지구에서 불과 32광년 떨어진 적색왜성 AU Microscopii 주변을 공전하는 외계 행성 AU Mic b에서 독특한 현상을 관측했습니다.

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AU Mic b는 모항성에서 불과 960만km 떨어진 지점을 8.46일 주기로 공전하고 있습니다. 그리고 이 별의 나이는 1억년 정도로 태양과 비교해서 2% 수준에 불과할 정도로 어립니다. 이 경우 적색왜성은 매우 강력한 플레어와 항성풍을 내뿜으면서 주변 행성의 대기를 날려 보낼 수 있습니다. 지구 지름의 4배 정도 되는 되는 가스 행성인 AU Mic b 역시 그런 운명에 처했을 가능성이 높습니다.

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하지만 허블 우주 망원경에 의한 초기 관측 결과에서는 이런 모습이 확인되지 않았습니다. 그러나 2.5년이 지난 후 다시 관측했을 때 과학자들은 적외선 영역에서 행성에서 빠져나온 헬륨과 수소의 모습을 확인할 수 있었습니다.

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(A young planet whirling around a petulant red dwarf star is changing in unpredictable ways orbit-by-orbit. It is so close to its parent star that it experiences a consistent, torrential blast of energy, which evaporates its hydrogen atmosphere – causing it to puff off the planet. But during one orbit observed with the Hubble Space Telescope, the planet looked like it wasn’t losing any material at all, while an orbit observed with Hubble a year and a half later showed clear signs of atmospheric loss. Credit: NASA Goddard Space Flight Center, Lead Producer: Paul Morris)

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이런 현상이 일어난 이유는 명확하지 않지만, 모항성의 강력한 항성풍과 플레어가 변동성이 심하거나 혹은 유출된 가스를 관측하지 못했던 다른 이유가 있었을수도 있습니다. 아무튼 이번 연구는 해왕성 정도의 작은 가스 행성이 적색왜성 주변에서 초반에 상당량의 가스를 잃을 수 있다는 점을 보여주고 있습니다. 어쩌면 이 과정을 거쳐 암석 핵이 노출되거나 가스가 거의 사라지면 슈퍼 지구형 외계 행성이 되는 것일지도 모릅니다.

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다만 이 관측 결과를 볼 때 적색왜성 주변 행성이 대기를 유지하기는 매우 어려울 것으로 보입니다. 생명체 존재 가능성에 회의적인 결과로 해석할 수 있는 부분입니다. 물론 한 번의 관측으로 결론 내릴 수 없는 문제인 만큼 앞으로 더 많은 연구와 논의가 필요한 부분입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-07-hubble-evaporating-planet-hiccups.html

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Keighley E. Rockcliffe et al, The Variable Detection of Atmospheric Escape around the Young, Hot Neptune AU Mic b, The Astronomical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-3881/ace536

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