NASA, 외계행성 축소 미스터리 밝혀

케플러 우주 망원경의 데이터를 사용하는 연구원들은 일부 외계 행성이 핵의 방사선으로 인해 대기 손실로 인해 줄어들고 있음을 발견했습니다. 이 발견은 외계 행성에서 관찰된 부피 차이를 설명하는 데 도움이 되며 이전에 이론화된 광증발과 다른 상당한 대기 손실 과정을 나타냅니다.

새로운 연구는 슈퍼 지구와 해왕성 이하 행성 사이의 “사라진” 외계 행성을 설명할 수 있습니다.

일부 외계 행성은 대기를 잃고 줄어들고 있는 것으로 보입니다. 사용한 새로운 연구에서는 NASA천문학자들은 은퇴한 케플러 우주 망원경을 사용하여 가능한 원인에 대한 증거를 발견했습니다. 즉, 이 행성의 핵이 대기를 내부에서 외부로 밀어낸다는 것입니다.

외계행성 크기 차이

외행성(태양계 밖의 행성) 다양한 크기로 제공됩니다.작은 암석 행성부터 거대한 가스 행성까지. 가운데에 바위가 있다 슈퍼지구 그리고 푹신한 분위기를 지닌 더 큰 해왕성. 그러나 과학자들이 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있는 지구 크기의 1.5~2배(또는 슈퍼지구와 해왕성 이하 행성 사이)에 행성이 눈에 띄게 존재하지 않는 ‘크기 격차’가 있습니다.

Caltech/IPAC의 연구 과학자이자 NASA의 외계 행성 아카이브 과학 책임자인 Jesse Christiansen은 “과학자들은 이제 5,000개가 넘는 외계 행성의 발견을 확인했지만 직경이 1.5~2미터인 행성은 더 적습니다”라고 말했습니다. 지구의. 새로운 연구의 저자 천문잡지. “외계행성 과학자들은 이제 이 간격이 단순한 우연이 아니라고 말할 수 있는 충분한 데이터를 가지고 있습니다. 행성이 그곳에 도달하거나 머무르는 것을 막는 뭔가가 일어나고 있습니다.”

이 아티스트의 컨셉은 해왕성의 외행성 TOI-421 b가 어떤 모습일지 보여줍니다. 새로운 연구에서 과학자들은 이러한 유형의 행성이 어떻게 대기를 잃는지 보여주는 새로운 증거를 발견했습니다. 출처: NASA, 유럽 우주국, 캐나다 우주국, D. 플레이어(STScI)

연구자들은 이러한 격차가 일부 하위 행성이 시간이 지남에 따라 대기를 잃어가는 것으로 설명될 수 있다고 믿습니다. 이러한 손실은 행성의 질량이 충분하지 않아 대기를 유지하기에 중력이 부족할 경우 발생합니다. 따라서 충분히 거대하지 않은 해왕성 이하 행성은 슈퍼지구 크기 정도로 줄어들어 두 행성 크기 사이에 간격이 남게 됩니다.

그러나 이 행성들이 어떻게 대기권을 잃는지는 미스터리로 남아 있습니다. 과학자들은 두 가지 가능한 메커니즘에 합의했습니다. 하나는 기본 에너지로서의 질량 손실이라고 합니다. 다른 하나는 광증발이다. 이번 연구에서는 전자를 뒷받침하는 새로운 증거가 밝혀졌습니다.

이 비디오는 주요 유형의 외계 행성, 즉 태양계 외부 행성 간의 차이점을 설명합니다. 크레딧: NASA/제트추진 연구실-캘리포니아 공과대학

퍼즐을 풀다

코어의 질량 손실은 행성의 뜨거운 코어에서 나오는 방사선이 시간이 지남에 따라 대기를 행성에서 멀어지게 밀어낼 때 발생하며 “그 방사선은 대기를 아래에서 밀어냅니다”라고 Christiansen은 말했습니다.

행성 간극에 대한 또 다른 주요 설명은 광증발인데, 이는 행성의 대기가 모항성의 뜨거운 복사에 의해 폭발할 때 발생합니다. 이 시나리오에서 “별에서 나오는 고에너지 방사선은 얼음 위의 헤어드라이어처럼 작용합니다”라고 그녀는 말했습니다.

광증발은 행성의 탄생 후 처음 1억년 이내에 일어나는 것으로 생각되지만, 기본 에너지로 인한 질량 손실은 훨씬 나중에, 즉 행성의 탄생 후 약 10억년 후에 일어나는 것으로 생각됩니다. 그러나 어느 메커니즘이든 “충분한 질량이 없으면 버틸 수 없으며 대기를 잃고 수축하게 될 것”이라고 Christiansen은 덧붙였습니다.

이 차트는 외계 행성의 주요 유형을 자세히 설명합니다. 과학자들은 슈퍼 지구와 해왕성 이하 행성 사이에 있는 행성의 “크기 차이” 또는 명백한 부재를 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

관찰을 통해 증거 발굴

이 연구에서 Chittiansen과 공동 저자는 Kepler 우주 망원경의 확장 임무인 NASA의 K2 데이터를 사용하여 6억~8억 년 된 Praesepe 및 Hyades 성단을 조사했습니다. 행성은 일반적으로 모항성과 같은 나이로 생각되기 때문에 이 시스템의 해왕성 이하 행성은 광증발이 일어날 수 있는 나이를 훨씬 넘었지만 핵심 에너지 질량 손실을 겪을 만큼 오래되지는 않습니다.

따라서 팀이 Prasepe와 Hyades에 (다른 성단의 오래된 별과 비교하여) 해왕성 이하 행성이 많이 있다는 것을 확인하면 광 증발이 발생하지 않았다고 결론을 내릴 수 있습니다. 이 경우 기본 에너지로 인한 질량 손실은 시간이 지남에 따라 해왕성 이하의 질량이 줄어드는 현상에 대한 가장 가능성 있는 설명이 될 것입니다.

Brycepe와 Haades를 관찰함으로써 연구자들은 이 성단에 있는 별의 거의 100%가 여전히 하위별을 포함하고 있음을 발견했습니다.해왕성 궤도에 있는 행성 또는 후보 행성입니다. 연구자들은 이 행성들의 크기로 판단하여 이들이 대기권을 유지하고 있다고 믿습니다.

이 그림은 NASA의 외계 행성 사냥꾼인 케플러 우주 망원경을 묘사합니다. 2018년 10월 30일, 이 기관은 케플러의 연료가 부족해 지구에서 멀리 떨어진 현재의 안전한 궤도 내에서 퇴역할 것이라고 발표했습니다. 케플러는 2,600개 이상의 외계 행성 발견이라는 유산을 남겼습니다. 이미지 출처: NASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter

이는 K2가 관측한 다른 오래된 별(8억년 이상 된 별)과 다르며, 그 중 25%만이 해왕성 주위를 공전합니다. 이 별들의 나이가 들수록 기본 에너지 질량 손실이 발생하는 것으로 생각되는 기간에 더 가깝습니다.

이러한 관찰로부터 연구팀은 Praesepe와 Hyades에서 광증발이 일어날 수 없었다고 결론지었습니다. 만약 그런 일이 일어났다면, 그 일은 수억 년 전에 일어났을 것이고, 이 행성들에는 대기가 거의 남아 있지 않았을 것입니다. 이로 인해 핵으로 인한 질량 손실이 이 행성의 대기에 일어날 가능성이 있는 일에 대한 주요 설명이 됩니다.

지속적인 연구와 케플러의 유산

크리스티안센 팀은 연구에 필요한 행성 목록을 작성하는 데 5년 이상을 소비했습니다. 그러나 연구는 아직 완료되지 않았으며 광증발 및/또는 기본 에너지 질량 손실에 대한 현재의 이해는 더욱 발전할 수 있습니다. 누군가가 이 행성 격차의 미스터리가 완전히 해결되었다고 발표하기 전에 결과는 향후 연구를 통해 테스트되어야 할 것입니다.

이 연구는 외행성 탐사 프로그램의 일환으로 NASA와 계약을 맺고 패서디나에 있는 캘리포니아 공과대학이 관리하고 남부 캘리포니아에 있는 NASA의 제트 추진 연구소에 위치한 NASA의 외계 행성 아카이브를 사용하여 수행되었습니다. JPL은 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 한 부서입니다.

참고: Jesse L. Christiansen, John K. Zinke, Kevin K. Hardigree-Ullman, Rachel B. Fernandez, Philip F. Hopkins의 “K2. VII의 확장. “중생대 뜨거운 아해왕성 생성의 높은 비율에 대한 증거” , Louisa M. Ripoll, Kirsten M. Polley, Galen J. Bergsten 및 Saki Burri, 2023년 11월 15일, 천문잡지.
도이: 10.3847/1538-3881/acf9f9

NASA의 케플러 임무

2018년 10월 30일, 케플러는 연료가 부족해 9년 만에 임무를 종료했습니다. 이 기간 동안 케플러는 천문학자들이 확인하기 위해 노력하고 있는 수천 개의 추가 후보와 함께 다른 별 주위에서 2,600개 이상의 확인된 행성을 발견했습니다.

캘리포니아 주 실리콘 밸리에 있는 NASA의 Ames 연구 센터는 NASA 과학 임무국의 케플러 및 K2 임무를 관리합니다. JPL은 케플러 임무의 개발을 관리했습니다. Ball Aerospace & Technologies Corporation은 볼더에 있는 콜로라도 대학의 대기 및 우주 물리학 연구소의 지원을 받아 비행 시스템을 운영했습니다.