'뜨거운 토성'과 얼룩덜룩한 별의 비밀을 밝히다

천문학자들은 은하 대기를 연구하기 위해 제임스 웹 우주 망원경을 사용했습니다. 외계행성 HAT-P-18 b는 호스트 별의 특성이 데이터 분석에 미치는 영향에 중점을 두고 수증기와 이산화탄소를 찾습니다.

Université de Montréal의 Trottier 외계 행성 연구 연구소(iREx)의 연구원들이 이끄는 천문학자 팀은 혁신적인 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 성능을 활용하여 “뜨거운 행성”을 연구했습니다. 토성“외계행성 HAT-P-18b.

그들의 연구 결과는 지난 달 저널에 게재되었습니다. 왕립천문학회 월간 공지대기 신호를 별의 활동과 구별하는 주요 과제를 탐색하면서 HAT-P-18 b의 대기에 대한 완전한 그림을 그립니다.

HAT-P-18 b는 500광년 이상 떨어져 있으며 질량은 토성과 비슷하지만 크기는 더 큰 행성에 더 가깝습니다. 목성. 결과적으로 외계 행성은 특히 분석에 이상적인 “부푼” 대기를 갖고 있습니다.

“뜨거운 토성” 외계행성 HAT-P-18의 예술적 표현 b. 출처: NASA/Eyes on Exoplanets

얼룩덜룩한 별을 지나

이 관측은 HAT-P-18 b가 태양과 같은 별 앞을 지나갈 때 제임스 웹 우주 망원경에서 촬영되었습니다. 이 순간을 통과라고 하며 수백 광년 떨어진 외계 행성을 놀라운 정밀도로 감지하고 특성화하는 데 필수적입니다.

천문학자들은 먼 행성에서 방출되는 빛을 직접 관찰하지 않습니다. 대신에 그들은 중앙 별의 빛이 어떻게 차단되고 그 별을 공전하는 행성에 의해 영향을 받는지를 연구하고, 따라서 행성의 존재로 인해 발생하는 신호와 별 자체의 특성으로 인해 발생하는 신호를 분리하려고 노력해야 합니다.

광도 곡선은 시간에 따른 별의 밝기 또는 밝기를 보여줍니다. 외계 행성이 별 위로 지나갈 때(통과라고 함), 별의 빛의 일부가 외계 행성에 의해 차단됩니다. 결과적으로 별의 광도는 감소합니다. 별의 점이 별 표면을 가리거나 외계 행성이 어두운 점 위로 지나갈 때 천문학자들은 통과하는 광 곡선의 하단에 있는 작은 범프 형태로 광 곡선의 신호를 볼 수 있습니다. 아래에서 이 차트의 전체 애니메이션을 시청하세요. 출처 : 비. Gougeon/Université de Montréal

우리 태양과 마찬가지로 별도 표면이 균일하지 않습니다. 여기에는 행성 대기의 특징을 모방하는 신호를 생성할 수 있는 어두운 별 반점과 밝은 영역이 포함될 수 있습니다. UdeM 박사 과정 학생인 Olivia Lim이 이끄는 외계 행성 TRAPPIST-1 b와 그 항성 TRAPPIST-1에 대한 최근 연구에서는 별 표면에서 폭발 또는 플레어가 관측에 영향을 미치는 것을 목격했습니다.

HAT-P-18 b의 경우, 웹은 외계 행성이 별 HAT-P-18의 어두운 지점을 지나갈 때 이를 포착할 수 있었습니다. 이를 국지적 교차 현상이라고 하며, 그 효과는 새로운 연구를 위해 수집된 데이터에서 분명하게 나타났습니다. iREx 팀은 또한 외계 행성에 의해 가려지지 않은 HAT-P-18 표면에 여러 다른 별 지점이 존재한다고 보고했습니다.

외계 행성의 대기 구성을 정확하게 결정하기 위해 연구자들은 행성의 대기와 별의 특성을 동시에 모델링해야 했습니다. 그들은 연구에서 그러한 고려 사항이 미래의 Webb 외계 행성 관측을 해결하여 잠재력을 완전히 활용하는 데 중요할 것이라고 지적합니다.

“우리는 항성 오염을 설명하는 것이 안개 대신 반점과 구름을 의미하며 대략 낮은 속도로 풍부한 수증기를 회복한다는 것을 발견했습니다”라고 수석 저자인 Marilou Fournier-Tondreau는 말했습니다.

“따라서 시스템의 호스트 스타를 보는 것은 큰 변화를 가져옵니다.”라고 iREx에서 석사 과정 학생으로 이 작업을 수행했으며 현재 박사 과정을 밟고 있는 Fournier Tondreau는 덧붙였습니다. 에서 옥스퍼드 대학교.

“가시광선 범위까지 확장되는 더 넓은 파장 범위를 제공하는 캐나다의 NIRISS(Near-Infrared Imager and Non-Slit Spectrograph) 장비 덕분에 실제로 안개와 별점을 명확하게 분리한 것은 이번이 처음입니다.”

불타는 대기의 물, 이산화탄소 및 구름

HAT-P-18 시스템에서 외계 행성과 별을 모델링한 후 iREx 천문학자들은 HAT-P-18 b 대기 구성의 현미해부를 수행했습니다. 연구진은 외계 행성이 모성을 지나갈 때 대기를 통해 필터링되는 빛을 조사함으로써 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)의 존재를 감지했습니다.

연구원들은 또한 나트륨의 존재 가능성을 조사했으며 HAT-P-18 b의 대기에서 구름 표면의 강한 징후를 관찰했는데, 이는 그 안에 있는 많은 분자의 신호를 음소거하는 것으로 보입니다. 그들은 또한 별의 표면이 데이터 해석에 큰 영향을 미칠 수 있는 많은 어두운 점으로 덮여 있다고 결론지었습니다.

존스 홉킨스 대학교 팀이 이끄는 동일한 제임스 웹 우주 망원경 데이터에 대한 이전 분석에서도 물과 이산화탄소가 명확하게 감지된 것으로 나타났지만 에어로졸이라고 불리는 작은 고고도 입자가 감지된 것으로 보고되었으며 메탄(CH4)의 힌트도 발견되었습니다. ). iREx 천문학자들은 다른 그림을 그립니다.

CH4의 발견은 아직 확인되지 않았으며, 그들이 확인한 물의 풍부함은 이전에 발견된 것보다 10배 낮았습니다. 그들은 또한 이전 연구에서 발견된 안개가 별 표면의 별 반점에 의해 발생할 수 있다는 사실을 발견하여 분석에서 별을 고려하는 것이 중요하다는 점을 강조했습니다.

외계행성이 생명체를 지원할 수 있을까? 있을 법하지 않은 일이다. 물, 이산화탄소, 메탄과 같은 분자는 특정 비율로 또는 다른 분자와 결합하여 생체 신호 또는 생명의 징후로 해석될 수 있지만 HAT-P-18 b의 뜨거운 온도는 600도에 가깝습니다. 섭씨 이는 행성의 거주 가능성에 좋지 않은 징조입니다.

제임스 웹 우주 망원경의 또 다른 장비인 근적외선 분광계(NIRSpec)의 향후 관측은 이산화탄소 발견과 같은 팀의 결과를 개선하는 데 도움이 될 것이며 토성의 뜨거운 외계 행성의 복잡성에 대해 더 많은 정보를 제공할 것이라고 약속합니다. .

참고 자료: “NIRISS를 사용한 HAT-P-18 b의 근적외선 투과 분광법: JWST 시대의 행성 및 별 특징 해체” 작성자: Marilou Fournier Tondreau, Ryan J. MacDonald, Michael Radica, David Lafrenière, Louis Wilbanks, Carolyn Piolette, 루이 필립 쿨롱, 로맹 알라르, 킴 모렐, 에티엔 아르티가오, 로익 알베르, 올리비아 림, 르네 도욘, 비욘 베네케, 제이슨 F. 루, 앙투안 다르보-베르니에, 니콜라스 B. 코완, 니콜 K. 루이스, 닐 제임스 쿡, 로라 Flagg, Frédéric Genest, Stephane Pelletier, Doug Johnston, Lisa Dang, Lisa Kaltenegger, Jake Taylor 및 Jake D. Turner, 2023년 12월 9일, 왕립천문학회 월간 공지.
도이: 10.1093/manras/stad3813