측정된 암석 외계 행성의 온도

국제 연구팀이 NASA의 James Webb Space Telescope를 사용하여 암석 외계 행성 TRAPPIST-1 b의 온도를 측정했습니다. 측정은 행성의 열 방출, 즉 Webb의 MIRI(Mid-Infrared Instrument)에 의해 감지되는 적외선 형태로 발산되는 열 에너지를 기반으로 합니다. 결과는 행성의 낮이 약 500켈빈(화씨 약 450도)의 온도를 가지고 있으며 중요한 대기가 없음을 시사합니다.

이는 최초의 검출이다. 어느 우리 태양계의 암석 행성만큼 작고 차가운 외계 행성에서 방출되는 빛의 형태입니다. 그 결과는 TRAPPIST-1과 같은 작은 활성 항성 주위를 도는 행성이 생명을 유지하는 데 필요한 대기를 유지할 수 있는지 여부를 결정하는 중요한 단계입니다. 또한 MIRI를 사용하여 온대 지구 크기의 외계 행성을 특성화하는 Webb의 능력에 좋은 징조입니다.

NASA Ames 연구 센터의 천체물리학자이자 저널에 오늘 발표된 연구의 수석 저자인 Thomas Greene은 “이러한 관측은 실제로 Webb의 중적외선 기능을 활용합니다.”라고 말했습니다. 자연. “이전의 어떤 망원경도 이렇게 희미한 중간 적외선을 측정할 수 있는 감도를 가지고 있지 않았습니다.”

초저온 적색 왜성 궤도를 도는 암석 행성

2017년 초, 천문학자들은 지구에서 40광년 떨어진 초저온 적색 왜성(또는 M 왜성) 주위를 도는 7개의 암석 행성을 발견했다고 보고했습니다. 행성의 놀라운 점은 크기와 질량이 우리 태양계의 내부 암석 행성과 유사하다는 것입니다. 그들은 모두 태양 주위를 도는 우리 행성보다 별에 훨씬 더 가깝게 궤도를 돌지만(모두 수성 궤도에 편안하게 들어갈 수 있습니다) 작은 별에서 비슷한 양의 에너지를 받습니다.

가장 안쪽에 있는 행성인 TRAPPIST-1 b는 공전 거리가 지구의 약 100분의 1이고 지구가 태양으로부터 받는 에너지의 약 4배를 받습니다. 행성계의 거주 가능 구역 내에 있지는 않지만 행성을 관찰하면 다른 M-왜성계뿐만 아니라 형제 행성에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있습니다.

Greene은 “태양과 같은 별보다 은하수에 이러한 별이 10배 더 많이 있으며 암석 행성을 가질 가능성이 태양과 같은 별보다 2배 더 높습니다”라고 설명했습니다. “그러나 그들은 또한 매우 활동적입니다. 그들은 어릴 때 매우 밝고 대기를 쓸어버릴 수 있는 조명탄과 엑스레이를 발산합니다.”

TRAPPIST-1 시스템의 초기 연구를 수행한 팀의 일원이었던 프랑스 대체 에너지 및 원자력 위원회(CEA)의 공동 저자인 Elsa Ducrot는 “작고 차가운 별 주변의 지구형 행성을 특성화하는 것이 더 쉽습니다. . M개 별 주변의 거주 가능성을 이해하고 싶다면 TRAPPIST-1 시스템은 훌륭한 실험실입니다. 이들은 암석 행성의 대기를 관찰할 수 있는 최고의 대상입니다.”

분위기 감지(또는 감지 안 함)

Hubble 및 Spitzer 우주 망원경으로 TRAPPIST-1 b를 이전에 관측한 결과 푹신한 대기에 대한 증거는 발견되지 않았지만 밀도가 높은 대기를 배제할 수는 없었습니다.

불확실성을 줄이는 한 가지 방법은 행성의 온도를 측정하는 것입니다. 이 논문의 공동 저자인 CEA의 Pierre-Olivier Lagage는 “이 행성은 한쪽은 항상 별을 향하고 다른 쪽은 영구적인 어둠 속에 있는 조석으로 고정되어 있습니다.”라고 말했습니다. “열을 순환하고 재분배할 수 있는 대기가 있으면 대기가 없는 경우보다 낮이 더 시원할 것입니다.”

팀은 MIRI가 행성이 별 뒤로 이동할 때 시스템의 밝기 변화를 측정하는 보조 일식 광도계라는 기술을 사용했습니다. TRAPPIST-1 b는 자체 가시광선을 발산할 만큼 충분히 뜨겁지는 않지만 적외선 빛을 냅니다. 별과 행성의 밝기를 합친 것에서 별 자체의 밝기(2차 일식 동안)를 빼서 그들은 행성에서 방출되는 적외선의 양을 성공적으로 계산할 수 있었습니다.

미세한 밝기 변화 측정

Webb의 2차 일식 감지는 그 자체로 중요한 이정표입니다. 별이 행성보다 1,000배 이상 밝기 때문에 밝기 변화는 0.1% 미만입니다.

데이터를 분석한 Bay Area Environmental Research Institute의 박사후 연구원인 Taylor Bell은 “우리가 일식을 놓칠 수도 있다는 두려움도 있었습니다. 행성들은 모두 서로를 잡아당기므로 궤도가 완벽하지 않습니다.”라고 말했습니다. . “하지만 정말 놀라웠습니다. 데이터에서 본 일식 시간이 몇 분 안에 예측된 시간과 일치했습니다.”

팀은 5개의 별도 2차 일식 관측 데이터를 분석했습니다. “우리는 다른 시나리오에서 온도가 어떻게 되어야 하는지를 보여주는 컴퓨터 모델과 결과를 비교했습니다.”라고 Ducrot는 설명했습니다. “결과는 암석으로 만들어진 흑체와 열을 순환시킬 대기가 없는 것과 거의 완벽하게 일치합니다. 우리는 또한 이 측정에서 분명한 것처럼 이산화탄소에 빛이 흡수되는 어떠한 징후도 보지 못했습니다.”

이 연구는 Webb GTO(Guaranteed Time Observation) 프로그램 1177의 일부로 수행되었으며, 이는 TRAPPIST-1 시스템을 완전히 특성화하는 데 도움이 되도록 설계된 Webb의 과학 첫 해의 8개 프로그램 중 하나입니다. 현재 TRAPPIST-1 b에 대한 추가 이차 일식 관측이 진행 중이며 이제 데이터가 얼마나 좋은지 알게 되었기 때문에 팀은 결국 전체 궤도에 대한 밝기 변화를 보여주는 전체 위상 곡선을 캡처하기를 희망합니다. 이를 통해 낮과 밤의 온도 변화를 확인하고 행성에 대기가 있는지 여부를 확인할 수 있습니다.

20년 이상 MIRI 기기 개발에 참여한 Lagage는 “내가 꿈꾸던 하나의 표적이 있었습니다.”라고 말했습니다. “그리고 이것이 바로 이것입니다. 암석이 많고 온화한 행성에서 방출을 감지할 수 있는 것은 이번이 처음입니다. 외계 행성을 발견하는 이야기에서 정말 중요한 단계입니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230327163227.htm