숨겨진 외계행성을 찾는 새로운 방법

편집국 기자 / 기사승인 : 2021-10-18 08:44:16
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- 실제로는 오래되고 조용해야 하는 여러 적색 왜성에서 전파 포착
- 예상치 못한 전파 신호; 적색 왜성 주변의 아직 인식되지 않은 행성과의 상호작용에서 비롯
- 이 발견은 전파 천문학에 중요한 단계, 전체 은하계에서 행성의 발견으로 이어질 수 있어

전파는 숨겨진 외계행성을 나타낸다.
천문학자들은 조용한 적색 왜성에서 비정상적인 전파 방출을 감지했다.


수수께끼 같은 신호:
천문학자들은 실제로는 오래되고 조용해야 하는 여러 적색 왜성에서 전파를 포착했다.
이 별들은 폭발이나 입자 폭풍을 나타내지 않기 때문에 예상치 못한 전파 신호는 이 적색 왜성 주변의 아직 인식되지 않은 행성과의 상호작용에서 비롯될 수 있다. 이것이 확인되면 숨겨진 외계행성을 찾는 새로운 방법이 될 수 있다. 연구원들이 전문 저널 "Nature Astronomy"에 보고한 내용이다. 

▲ 숨겨진 행성과의 상호 작용은 적색 왜성에서 오로라와 강력한 전파 방출을 유발할 수 있다. © ASTRON

지금까지 천문학자들은 주로 두 가지 방법을 사용해 외계행성을 찾았다.
통과 방법의 경우 별 바로 앞을 지나가는 행성을 찾아 주기적으로 별의 빛을 어둡게 하는 별을 찾는다. 다른 방법은 빛 스펙트럼의 주기적인 이동이 별을 도는 행성의 중력으로 인해 별이 약간 흔들리는 것을 나타내는 방사형 속도다. 무엇보다도 우리 이웃 프록시마 센타우리 주변의 두 번째 행성이 ​​발견되었다.

적색 왜성에서 발견

네덜란드 Leiden 대학의 요셉 콜링햄(Joseph Callingham)과 함께 일하는 천문학자들은 이제 가능한 세 번째 방법을 발견했다. 적색 왜성 주변의 작은 행성을 추적하는 데 특히 적합할 수 있다. 특히 저주파 대역의 전파를 방출하는 적색 왜성을 위해 반경 150광년 이내의 하늘을 조사하는 것이 출발점이었다.

팀은 네덜란드의 LOFAR(Low-Frequency Array) 안테나를 사용했다.
이 안테나는 특히 144MHz 범위에서 배경 잡음에서 매우 약한 신호도 걸러낼 수 있다. "이번 주파수 범위에서의 이전 검색은 정상적인 왜성에서 오는 신호를 포착할 만큼 민감하지 않았으며, 비정상적으로 활성화된 별만 감지할 수 있었다"고 연구원들은 설명했다.

전파 방출이 알려진 원인과 일치하지 않음

LOFAR를 통해 천문학자들은 그들이 찾고 있던 것을 찾았다.
그들은 깨끗한 광대역 무선 신호를 방출하는 19개의 적색 왜성을 발견했다. 이것은 별에서 예상되는 것과 크게 달랐다. "검출된 방출은 대부분의 주계열성의 기가헤르츠 방출과 분명한 편차를 보여준다. 이 방출은 몇 시간 동안 지속되고 편광이 거의 없거나 최대 30분 길이의 짧은 펄스로 구성된다.“

대신에 적색 왜성의 전파 신호는 평균적으로 약 4시간 동안 지속됐으며 강한 원형 편파를 보였다. Callingham과 그의 팀은 "이 별들의 전파 방출은 태양대기의 가장 바깥층을 구성하는 부분이나 채층(彩層, 태양 둘레의 붉은색 가스층, 주로 수소로 됨) 활동의 알려진 지표와 무관하다"고 보고했다. 이 패턴은 별에서 방출되는 전파 방출의 알려진 원인과 일치하지 않는다. 연구팀은 "우리 샘플에서 가장 조용한 별 주변에서 이 전파 방출의 기원은 아직 결정되지 않았다"고 말했다.

별의 극광에서 보내는 신호

연구원들에 따르면, 평온하지 않은 적색 왜성에서 오는 이 무선 신호에 대한 가장 가능성 있는 설명은 일종의 북극광일 것이다. 태양계의 지구 및 다른 행성과 유사하게, 이것은 항성풍의 하전 입자와 자기장의 상호작용에 의해 생성된다. 빠르게 회전하는 적색 왜성의 경우, 항성 자기장 자체가 갈색 왜성에서 이미 관찰된 것과 유사한 이러한 오로라의 생성자가 될 수 있다.
▲ 이것은 갈색 왜성 LSR J1835 + 3259의 북극광을 가까이서 볼 수 있는 모습이다. © Chuck Carter and Gregg Hallinan / Caltech

그러나 4개의 적색 왜성은 자체적으로 오로라를 생성하기에는 너무 느리게 회전한다.
Callingham은 "이 4개의 무선 신호는 궤도를 도는 외계행성의 존재로 가장 잘 설명될 수 있다"며 "우리 태양계의 행성은 자기장이 태양풍과 상호 작용할 때 강력한 전파 방출을 방출한다는 것을 오랫동안 알고 있었다"고 말했다. 가스 거인 목성의 경우 내부 위성이 공전하기 때문에 이러한 행성의 자기장에서 전파 신호가 증폭된다.

외계행성을 창시자로?

천문학자들에 따르면, 느리고 고요한 4개의 적색 왜성과 그들의 궤도에서 아직 인식되지 않은 외계행성 사이에 유사한 상호작용이 있을 수 있다. "우리 샘플의 전파 밀도는 그러한 적색 왜성 주변에서 발견되는 가장 일반적인 지구형 행성의 상호작용에 대한 이론적 기대와 잘 일치한다"고 연구자들은 말했다.

공동 저자인 퀸즐랜드 대학의 벤자민 포프 폰(Benjamin Pope von)은 "이 네 개의 별이 실제로 외계행성을 갖고 있다고 100% 확신할 수는 없지만 행성과 별의 상호작용이 우리가 여기서 보는 것을 가장 잘 설명한다고 말할 수 있다"고 말했다.

천문학자들은 이제 신호의 정확한 주기성을 결정하고 가능한 행성에 대한 추가 단서를 찾기 위해 4개의 적색 왜성을 계속 관찰하기를 바란다.

행성을 찾을 수 있는 새로운 기회

만약 가설이 확인된다면, 이것은 왜성 주위에 이전에 숨겨져 있던 행성을 추적하는 새로운 방법을 열 수 있다. "이 발견은 전파 천문학에 있어 중요한 단계이며 전체 은하계에서 행성의 발견으로 이어질 수 있다"고 포프가 말했다. LOFAR 시설은 최대 약 165광년까지만 우주의 소리를 들을 수 있지만 현재 남아프리카 공화국에서 건설 중인 Square Kilometer Array는 훨씬 더 넓은 범위를 가질 것이다.
(Nature Astronomy, 2021; doi: 10.1038 / s41550-021-01483-0)
출처: ASTRON, University of Queensland

[더사이언스플러스]

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