매우 얇은 ‘솜사탕’ 외계 행성 발견, 과학자들에게 충격 – ‘우리는 이 행성이 어떻게 형성되었는지 설명할 수 없다’

천문학자들은 우리 행성보다 50% 더 큰 WASP-193b라고 불리는 거대하고 밀도가 낮은 행성을 발견했습니다. 목성 하지만 밀도는 솜사탕과 비슷합니다. 과학자들은 그러한 행성이 어떻게 형성되는지 설명할 수 없기 때문에 이번 발견은 현재의 행성 형성 이론에 도전하고 있습니다.

천문학자들은 우리 은하계의 먼 별을 공전하는 행성의 거대하고 푹신한 외계 공을 발견했습니다. 은하수 은하. 이 발견은 5월 14일 저널에 보고되었습니다. 자연 천문학 연구원들에 따르면 매사추세츠 공과대학벨기에 리에주 대학교와 다른 곳에서 이루어진 이번 발견은 이 초경량 거대 행성이 어떻게 형성되는지에 대한 미스터리를 푸는 유망한 열쇠입니다.

WASP-193b라고 불리는 새로운 행성은 목성 크기의 왜소처럼 보이지만 밀도는 목성 밀도의 일부에 불과합니다. 과학자들은 가스 거인이 목성보다 50% 더 크고 밀도는 10분의 1 정도라는 것을 발견했는데, 이는 솜사탕의 밀도와 비슷한 매우 낮은 수치입니다.

WASP-193b는 지금까지 발견된 가장 작은 행성에 이어 두 번째로 가벼운 행성입니다. 해왕성-세계처럼, 케플러 51d. 매우 가벼운 밀도와 결합된 새로운 행성의 훨씬 더 큰 크기는 WASP-193b를 지금까지 발견된 5,400개 이상의 행성 중에서 특이한 것으로 만듭니다.

이번 연구의 주저자이자 MIT의 박사후 연구원인 Khaled Al-Barqawi는 “이렇게 작은 밀도를 지닌 거대한 물체를 발견하는 것은 정말 매우 드뭅니다.”라고 말했습니다. “푹신한 목성이라고 불리는 행성 종류가 있는데, 그것이 무엇인지에 대해 15년 동안 미스터리였습니다. 이것은 그 종류의 극단적인 경우입니다.

공동 저자이자 안달루시아 천체물리학 연구소의 수석 연구원인 프란시스코 포주엘로스(Francisco Pozuelos)는 “우리는 현재 우리가 갖고 있는 모든 형성 이론에서 이 행성을 어디에 두어야 할지 모른다. 왜냐하면 이 행성은 모든 이론에 있어서 변칙적이기 때문이다”고 덧붙였다. 스페인에서. “우리는 이 행성이 어떻게 고전적인 진화 모델에 기초하여 형성되었는지 설명할 수 없습니다. 대기를 자세히 관찰하면 이 행성의 진화 경로를 알 수 있습니다.”

MIT 연구의 공동 저자로는 MIT 지구, 대기 및 행성 과학과의 조교수인 Julian de Wit, MIT의 박사후 연구원인 Artem Burdanov 및 유럽 전역의 여러 기관의 공동 작업자가 있습니다.

WASP-193b 시스템에 대한 예술가의 인상. 크레딧: 리에주 대학교

“흥미로운 전개”

새로운 행성은 북반구와 남반구에 하나씩 두 개의 로봇 관측소를 함께 운영하는 학술 기관 간의 국제 협력인 광각 행성 탐색 프로젝트(WASP)에 의해 처음 발견되었습니다. 각 관측소는 일련의 광각 카메라를 사용하여 하늘 전체에 걸쳐 있는 수천 개의 개별 별의 밝기를 측정합니다.

2006년부터 2008년까지, 그리고 2011년부터 2012년까지 다시 실시된 조사에서 WASP-남측 천문대는 지구에서 빛과 1,232년 거리에 위치한 태양과 같은 밝은 별인 WASP-193의 주기적인 이동 또는 빛의 감소를 감지했습니다. . 천문학자들은 별의 밝기가 주기적으로 낮아지는 것이 행성이 별 주위를 공전하며 6.25일마다 빛을 차단하는 것과 일치한다고 판단했습니다. 과학자들은 행성이 통과할 때마다 차단되는 빛의 총량을 측정하여 거대 행성의 크기를 대략 슈퍼 목성 정도의 크기로 추정했습니다.

다음으로, 천문학자들은 행성의 질량을 결정하려고 노력했는데, 이를 통해 행성의 밀도와 구성에 대한 단서를 밝힐 수도 있었습니다. 질량 추정치를 얻기 위해 천문학자들은 일반적으로 행성이 별 주위를 공전할 때 과학자들이 별의 스펙트럼 또는 빛의 다양한 파장을 분석하는 기술인 시선 속도를 사용합니다. 별의 스펙트럼은 별이 궤도를 도는 행성과 같이 별을 끌어당기는 요소에 따라 특정한 방식으로 바뀔 수 있습니다. 행성의 질량이 클수록, 별에 가까울수록 스펙트럼이 더 많이 이동합니다. 이는 과학자들에게 행성의 질량에 대한 아이디어를 줄 수 있는 왜곡입니다.

WASP-193 b의 경우 천문학자들은 다양한 지상 망원경으로 촬영한 별의 고해상도 스펙트럼을 추가로 얻었고 시선 속도를 사용하여 행성의 질량을 계산하려고 했습니다. 그러나 그것은 계속 비어 있었습니다. 특히 밝혀진 바에 따르면 행성은 너무 가벼워서 별에서 감지되지 않았습니다.

“대형 행성은 일반적으로 거대하고 별에 큰 영향을 미치기 때문에 감지하기가 매우 쉽습니다.”라고 De Wit는 설명합니다. “하지만 이 행성이 어려웠던 점은 거대함에도 불구하고 질량과 밀도가 너무 낮아 시선속도 기술만으로는 탐지하기가 매우 어려웠다는 점이었습니다. 흥미로운 발전이었습니다.”

“[WASP-193b] Barqawi는 “너무 경미해서 데이터를 수집하고 대규모 신호가 있었음을 보여주는 데 4년이 걸렸지만 실제로는 매우 작습니다”라고 말했습니다.

Buzuelos는 “처음에는 밀도가 매우 낮아서 처음에는 믿기가 매우 어려웠습니다.”라고 덧붙였습니다. “우리는 매우 드물기 때문에 이것이 행성의 실제 밀도인지 확인하기 위해 모든 데이터를 여러 번 분석하는 과정을 반복했습니다.”

부풀려진 세상

궁극적으로 팀은 행성이 실제로 매우 가볍다는 것을 확인했습니다. 그들은 그 질량이 목성의 약 0.14라고 계산했습니다. 질량으로 계산한 밀도는 입방센티미터당 약 0.059g이었습니다. 대조적으로, 목성의 무게는 입방센티미터당 약 1.33그램입니다. 지구는 입방센티미터당 5.51그램 더 큽니다. 아마도 새로운 푹신한 행성에 밀도가 가장 가까운 물질은 밀도가 입방 센티미터 당 약 0.05g인 솜사탕일 것입니다.

Barqawi는 “행성이 너무 가벼워서 비슷한 고체 물질을 생각하기가 어렵습니다.”라고 말합니다. “솜사탕에 가까운 이유는 둘 다 고체가 아닌 가벼운 가스로 만들어졌기 때문입니다. 행성은 기본적으로 매우 얇습니다.”

연구자들은 새로운 행성이 은하계의 다른 대부분의 거대 가스 행성처럼 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있다고 의심합니다. WASP-193b의 경우 이러한 가스는 목성 대기 너머 수만 킬로미터에 걸쳐 극도로 푹신한 대기를 형성할 가능성이 높습니다. 행성이 어떻게 그렇게까지 부풀어 오르면서도 여전히 극도의 빛 밀도를 유지할 수 있는지는 행성 형성에 관한 기존 이론이 아직 대답할 수 없는 질문입니다.

새로운 얇은 세계에 대한 더 나은 그림을 얻기 위해 팀은 이전에 개발된 D-Wit 기술을 사용하여 먼저 행성 대기의 온도, 구성 및 다양한 깊이에서의 압력과 같은 특정 특성을 도출할 계획입니다. 그런 다음 이러한 특성을 사용하여 행성의 질량을 정확하게 계산할 수 있습니다. 현재 팀은 WASP-193b를 WASP-193b와 같은 관측소의 후속 연구를 위한 이상적인 후보로 보고 있습니다. 제임스 웹 우주 망원경.

“행성의 대기가 클수록 더 많은 빛이 통과할 수 있습니다.”라고 de Wit는 말합니다. “따라서 이 행성은 분명히 대기 효과를 연구하기 위한 최고의 목표 중 하나입니다. 목성의 미스터리를 풀기 위한 로제타석 역할을 할 것입니다.”

참조: “목성 크기의 행성 WASP-193 b 주위의 확장된 저밀도 대기” 저작: Khaled Al-Barqawi, Francisco J. 보주엘로스, 코일 힐리어, 배리 스몰리, 루이스 D. 닐슨, 프라즈왈 니라울라, 마이클 길런, 줄리안 드 위트, 사이먼 뮐러, 캐롤라인 돈, 라비트 헬드, 에마뉘엘 제힌, 브라이스 올리비에 드모레, 발레리 반 그루텔, 압데라만 셉큐, 무라드 가샤비, 데이비드. 앤더슨, 주하이르 벤 칼둔, 프랑수아 부시, 아르템 보르다노프, 레티시아 델리스, 엘사 듀크로, 레오넬 가르시아, 압델하디 알 자브리, 모니카 린델, 피에르 F. L. 맥스테드, 카트리오나 A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audrey, Mathilde Timmermans, Amaury H. M. G. Triode 및 Richard G. West, 2024년 5월 14일, 자연 천문학.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

이 연구는 부분적으로 대학 협회와 WASP를 위한 영국 과학 기술 시설 협의회에서 자금을 지원 받았습니다. 유럽 ​​연구 위원회; 왈로니아-브뤼셀 연합; 그리고 Artemis 및 기타 SPECULOOS 망원경을 지원하는 Heising-Simons 재단, Colin 및 Leslie Masson, Peter A. Gilman이 있습니다.