두 번째 외계 위성(Exomoon)발견

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-01-15 10:56:03
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- 목성 크기의 외계행성을 약 5500광년 거리에서 공전
- 이 위성은 지구의 두 배 크기에 훨씬 더 무겁다.
- 천문학자들, 조사된 다른 69개 외행성 중 일부에도 달이 있을 것으로 추정

두 번째 엑소문(Exomoon 외계 달) 후보 발견
5500광년 떨어진 가스 행성, 미니 해왕성 한 바퀴 돌 수 있음


외계 위성:
천문학자들이 두 번째로 외계위성 엑소문(Exomoon)을 발견했다.
이것은 통과하는 광도 곡선의 이상에서 알 수 있듯이 목성 크기의 외계행성을 약 5500광년 거리에서 공전한다. 새로 발견된 위성은 아마도 거대한 "슈퍼문"일 것이다. 이 위성은 지구의 두 배 크기에 훨씬 더 무겁다. 그러한 거대한 위성이 어떻게 형성되는지는 여전히 불분명하다. 연구원들이 "Nature Astronomy" 저널에 보고한 내용이다.

▲ 이것은 새로 발견된 Exomoon Kepler-1708b-i의 모습이다(왼쪽). 목성과 같은 가스 거인을 도는 미니 해왕성이다.

© Helena Valenzuela Widerstrom


지구, 화성 또는 거대 가스 거인 여부:
태양계의 거의 모든 행성에는 적어도 하나의 달이 있다.
따라서 외계행성에도 그러한 위성이 있음이 분명하다. 이것은 영화 "아바타"의 판도라 달과 유사한 생명 친화적인 조건을 제공할 수도 있다. 그러나 그러한 엑소몬드를 추적하는 것은 매우 어렵다. 그것들은 종종 이동 방법에 비해 너무 작고 중력 효과로 인해 눈에 띄기에는 너무 가볍다.

현재까지 알려진 엑소문 후보는 단 한 개. 이것은 약 8천 광년 떨어진 가스 거인 Kepler 1625b를 공전하며 심지어 해왕성 크기일 수 있고 가스가 풍부할 수 있다. 그것의 존재가 별 앞을 지나가는 행성의 광곡선에 미묘한 변동을 일으키기 때문에 발견되었다. 매우 넓은 궤도 때문에 천문학자들은 이 엑소문은 한때 젊은 가스 거인이 포착한 행성의 핵이었을 것이라고 생각한다.

외계 목성 사이의 달 탐사

더 많은 외계 달을 찾기 위해 뉴욕 콜롬비아 대학의 데이비드 키핑(David Kipping)이 이끄는 팀은 케플러 우주망원경으로 관측한 약 70개의 외계행성의 통과 데이터를 체계적으로 분석했다. 이 행성의 공통점은 모두 목성과 비슷한 비교적 먼 거리에서 별을 공전하는 냉각 가스 거인이라는 것이다.

천문학자들은 "목성 크기의 행성은 인공위성의 형성이 형성 메커니즘의 자연스러운 결과로 간주되기 때문에 특히 흥미롭다"고 설명한다. 가스 거인은 원시 구름의 특히 밀도가 높은 지역에서 형성되기 때문에 달에 필요한 물질이 충분하고 중력이 높기 때문에 달을 잡을 가능성이 더 크다. 태양계에서 목성과 토성은 심지어 수십 개의 위성으로 구성된 전체 가신(家臣)을 가지고 있다.

70개의 후보 행성에 대해 Kipping과 그의 팀은 달을 나타낼 수 있는 특징에 대한 광도 곡선을 분석했다. 또한, 그들은 각 외계행성에 대해 달이 있거나 없는 곡선의 모양을 시뮬레이션한 모델과 곡선을 비교했다.

가스 거인의 위성인 미니 해왕성

결과:
11명의 후보가 최종 후보 명단에 ​​올랐지만 외계행성 케플러-1708b는 단 한 개만이 모든 기준을 충족했다. 이 행성에서 두 번의 통과에 대한 데이터만 있지만, 그들의 광도 곡선은 위성을 동반하고 있음을 나타낸다. Kipping은 "매우 강력한 신호다. 우리는 속도를 냈지만 사라지지 않았다"고 보고했다. 연구진에 따르면 거짓 양성 신호일 확률은 0.024%다.

관측에 따르면 가능한 외계 달은 우리로부터 약 5500광년 떨어져 있으며 목성 크기의 가스 행성 케플러-1708b를 약 12행성 반경의 거리에서 공전한다. 이 가스 거인의 위성은 지구 크기의 2.5배 크기이며 상대적으로 거대하다. 이는 가스가 풍부한 미니 해왕성에 해당한다. "그러나 Kepler-1625b와 비교할 때 우리의 달 후보는 훨씬 더 작고 더 좁은 궤도에 있으며 행성 궤도와 같은 평면에서 움직이는 것으로 보인다"고 Kipping과 동료 보고서는 말했다.

슈퍼 문에 대한 미스터리

따라서 두 번째로 알려진 엑소문 후보 케플러-1708b-i 역시 행성 크기의 거대한 슈퍼 문으로 보인다. 그러나 천문학자들은 엑소문을 감지하기 어렵고 미묘한 신호가 망원경의 해상도 한계에 있기 때문에 이것은 예상할 수 있다고 말한다. "따라서 설문조사의 첫 번째 발견은 일반적으로 이상치이다"며 "우리의 제한된 자원으로 가장 쉽게 찾을 수 있기 때문이다"고 키핑은 설명했다.

하지만 그러한 거대한 슈퍼문이 실제로 존재할 수 있는지, 그리고 어떻게 형성되는지는 여전히 불분명하다. 4년 전에 발견된 Kepler-1625b 주변의 엑소몬드 후보조차도 여전히 논란의 여지가 있다.

세계의 어떤 망원경도 이 위성의 직접적인 이미지를 제공할 수 없기 때문이다. 그러나 2021년에 ALMA 천문대의 전파 망원경을 사용하는 천문학자들은 처음으로 젊은 외계 가스 거인 주위에 행성 주위 디스크를 발견했다. 이 디스크는 지구 달 크기의 위성 3개 또는 슈퍼 문에 충분한 물질을 포함하고 있는 회전하는 먼지와 가스 구름이다.

추가 관찰 필요

새로 발견된 엑소문 후보 케플러-1708b-i의 경우, 천문학자들은 허블 우주망원경과 같은 다른 망원경의 관측이 행성과 잠재적 동반자에 대한 더 많은 정보를 제공할 것으로 기대하고 있다. Kipping과 그의 팀은 "Kepler-1708b-i를 엑소몬드로 거부할 이유를 찾을 수 없지만 주의와 추가 관찰이 필요하다"고 강조한다.

또한, 천문학자들은 조사된 다른 69개 외행성 중 일부에도 달이 있다는 사실을 배제하지 않는다. "우리 후보 중 일부는 실제 달 신호를 보였을 수 있다. 하지만 각각에 대해 신호가 명확하고 확실한 탐지를 위해 충분히 강하지 않은 이유가 적어도 한 가지 있었다"고 그들은 설명했다.
(Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-021-01539-1)
출처: 컬럼비아 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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