14인치 우주선이 '뜨거운 목성'에 대한 새로운 정보를 제공하다

시리얼 상자 크기의 우주선이 “뜨거운 목성”이라고 불리는 크고 푹신한 행성의 대기에 대한 정확한 측정값을 수집했습니다. 콜로라도 대학교 볼더(University of Colorado Boulder) 팀이 이끄는 이번 발견은 이 세계와 다른 세계 주변의 대기가 어떻게 우주로 탈출하고 있는지를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다.

길이가 14인치에 불과한 이 작은 우주선은 귀엽지만 과학적 발견은 전혀 그렇지 않습니다. 2021년 9월 발사 이후 CUTE는 지구에서 수백 광년 떨어진 일련의 뜨거운 목성에서 단일 자외선 망원경을 훈련했습니다.

뜨거운 목성은 은하계에서 가장 뜨겁고 분노한 행성 중 하나입니다. 이름에서 알 수 있듯이 그들은 우리 목성과 같은 가스 거인입니다. 그러나 이 행성들은 그들의 고향 별에 훨씬 더 가까이 붙어 있으며 대략 지구의 며칠에 한 번씩 궤도를 완성합니다. 그 과정에서 항성 방사선은 뜨거운 목성을 화씨 수천도까지 요리하고, 그 대기는 마치 오븐에서 빵이 부풀어 오르는 것처럼 엄청난 크기로 부풀어 오른다.

연구자들은 항성 방사선의 지속적인 충격이 수백만에서 수십억 년에 걸쳐 일부 외계 행성 주변의 대기를 벗겨낼 수 있다고 오랫동안 의심해 왔습니다. CUTE의 데이터에 따르면 프로세스가 그렇게 간단하지 않을 수도 있습니다.

여러 학부 및 대학원생으로 구성된 CUTE 팀은 지금까지 7개의 뜨거운 목성을 관찰했으며 앞으로 더 많은 목성을 관찰했습니다. 그들 중 일부는 분위기를 잃어가는 것처럼 보이지만 다른 일부는 그렇지 않습니다.

대기우주물리학연구소(LASP)이자 천체물리학 및 행성과학과 부교수인 프랑스는 “행성이 다양한 모습으로 다가오는 것 같다”고 말했다.

그는 CUTE가 과학자들이 지구의 가까운 이웃과 전혀 닮지 않은 행성을 포함하여 은하계에 존재하는 다양한 종류의 행성에 대한 현장 가이드를 구축하는 데 도움을 주고 있다고 덧붙였습니다.

프랑스는 “우리는 우리 태양계가 우주의 태양계 계열에 어떻게 들어맞는지 이해하고 싶다”고 말했다. “그것은 큰 행성, 작은 행성, 생명이 있는 행성과 확실히 없는 행성, 그리고 이 행성에서 작동하는 모든 중요한 물리적 과정을 이해하는 것을 의미합니다.”

여기가 뜨거워지고 있어

CUTE가 과학적 성공을 향한 길은 쉽지 않았습니다.

우주선이 처음 지구 궤도에 진입했을 때, 프랑스와 그의 동료들은 몇 가지 결함이 발생하고 있는 것 같다는 사실을 재빨리 알아차렸습니다. 이는 이전에 우주로 날아간 적이 없는 기술을 종종 테스트하는 많은 소형 위성이나 CubeSats에서 흔히 발생하는 문제입니다. 한 경우에는 CUTE의 망원경을 보호하는 셔터가 의도하지 않은 순간에도 계속 닫혀 있었습니다.

여러 학부생과 대학원생으로 구성된 팀은 포기하지 않았습니다. 연구원들은 우주선에 셔터를 열도록 명령한 다음, 전원을 공급하는 배터리를 방전시켜 장치가 다시 닫히는 것을 방지했습니다.

프랑스는 “CUTE는 오늘도 여전히 작업하고 데이터를 수집하고 있다”고 말했다. “처음으로 실제 과학 결과를 얻었을 때 정말 흥미로웠습니다.”

CUTE는 먼 행성이 고향 별 앞을 지나가는 것을 관찰하여 그 과정에서 해당 별의 자외선을 어둡게 만듭니다. 어떤 경우에는 우주선이 매우 정확해서 별빛이 단 1%만 어두워지는 것을 감지할 수 있습니다.

9월에 발표된 논문에서 연구원들은 WASP-189b라는 세계에 대한 관찰 내용을 설명했습니다. 이 행성은 지구로부터 300광년, 즉 수천조 마일 이상 떨어진 천칭자리 별을 공전하고 있습니다. 팀의 결과에 따르면 대기 온도가 약 화씨 15,000도에 도달할 정도로 매우 뜨겁습니다. 이는 태양 표면보다 수천도 더 뜨겁습니다.

CUTE의 관측에 따르면 WASP-189b 주변에서 초당 약 4억 킬로그램(거의 9억 파운드)의 비슷한 속도로 가스가 빠져나가고 있는 것으로 나타났습니다.

행성이 진화하고 있다

CUTE가 처음 2년 동안 연구한 모든 행성이 그렇게 흥미롭지는 않았습니다. 발표되지 않은 결과에서 팀은 가스를 전혀 잃지 않는 것으로 보이는 MASCARA-4b라는 두 번째 행성을 관찰했습니다. KELT-9b와 같은 다른 것들은 중간 어딘가에 떨어졌습니다.

프랑스와 그의 동료들은 그들의 결과가 왜 일부 행성이 대기의 큰 덩어리를 잃는 반면 다른 행성은 대부분 변하지 않는 이유를 밝히는 데 도움이 될 수 있기를 바라고 있습니다. 그는 이것이 행성 자체(큰 행성일수록 더 강한 중력을 생성함)와 별의 역학(더 활동적인 별이 차분한 별보다 행성에 더 큰 피해를 줄 가능성이 있음)의 조합과 관련이 있다고 의심합니다.

동일한 프로세스가 시간이 지남에 따라 잠재적으로 지구 태양계 안팎의 행성을 조각할 수 있습니다. 예를 들어, 과학자들은 화성이 한때 훨씬 더 두꺼운 대기를 갖고 있었지만 수십억 년에 걸쳐 태양이 그것을 침식했다는 이론을 세웠습니다.

대기 탈출은 또한 우리 세계보다 약간 더 큰 “슈퍼 지구”로 알려진 행성 종류의 기원을 설명할 수도 있습니다.

프랑스는 “슈퍼지구가 크고 푹신한 대기를 가진 해왕성 크기의 행성으로 시작했다는 것을 암시하는 많은 증거가 있다”며 “이후 너무 많은 질량을 잃어 암석 핵과 얇은 대기만 남게 된다”고 말했다.

CUTE의 가장 큰 유산은 학생들에게 미치는 영향일 수 있다고 그는 말했습니다. 약 20명으로 구성된 임무의 소규모 팀은 위성 제작부터 발사, 명령 전송, 과학 데이터 다운로드 및 분석에 이르기까지 우주선 수명의 거의 모든 측면에 참여했습니다. CUTE는 현재 지구 표면 위 약 525km의 궤도를 돌고 있으며 2027년에는 대기권에 다시 진입할 것으로 예상됩니다.

프랑스는 “이 모든 일은 NASA의 대규모 임무에서 훨씬 더 큰 규모로 일어나는 일”이라고 말했다. “우리 학생들과 초기 경력 과학자들은 제안 단계부터 과학 제품 출시까지 모든 과정을 완벽하게 경험하고 있습니다.”

이번 관측은 CUTE(Colorado Ultraviolet Transit Experiment)로 알려진 열심히 일하는 NASA 우주선에서 나온 첫 번째 결과입니다. 이번 임무의 수석 조사관인 케빈 프랑스(Kevin France)는 12월 11일 샌프란시스코에서 열린 미국 지구물리학 연맹(American Geophysical Union) 회의에서 12월 11일 언론 공개를 통해 그룹의 결과를 발표했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/12/231212163327.htm