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- 슈퍼 지구는 지구보다 최대 10배 더 무겁지만 구조는 여전히 매우 유사한 외계 행성
- 두 개의 슈퍼 지구 Kepler 138c와 138d,공전 표면에는 아마도 섭씨 136도와 72도
- Kepler-138d는 약 2천km 두께의 바다 가지고, 이웃 Kepler –138c보다 약간 덜 따뜻할 것
- 우리 은하에 25~50%의 수분을 포함하는 해양 세계가 훨씬 더 많을 수 있다는 이론 뒷받침

물이 풍부한 쌍둥이 세계 발견
근처에 있는 두 개의 슈퍼 지구는 2천km 두께의 바다를 가질 수 있다.

지각 대신 바다:
불과 218광년 떨어져 있는 두 개의 슈퍼 지구가 해양 세계로 밝혀졌다. 부피의 절반은 물 또는 유사한 휘발성 물질로 구성될 수 있다. 천문학자들이 "Nature Astronomy"에 보고한 것처럼 따뜻한 쌍둥이 행성인 Kepler-138c와 d는 아마도 밀도가 높은 증기 덮개 아래 약 2,000km 두께의 바다가 숨겨져 있을 것이다. 따라서 이러한 외계 행성은 슈퍼 지구가 주로 지구의 지상 "빅 브라더"라는 일반적인 가정과 모순된다. 

▲ 슈퍼지구 케플러-138d(앞), 케플러-138c와 그들의 별인 적색 왜성. © NASA/ESA, Leah Hustak(STScI)

슈퍼 지구는 지구보다 최대 10배 더 무겁지만 구조는 여전히 매우 유사한 외계 행성이다. 적어도 이것이 일반적인 가정이다. 천문학자들은 이미 이러한 유형의 외계 행성에 대한 수많은 예를 발견했다. 잠재적으로 거주 가능한 여러 세계와 TOI-1452b 또는 K2-18b와 같이 행성 전체에 걸친 바다를 가질 수 있는 일부 슈퍼 지구를 포함한다. 일부 연구자들은 우리 은하계에 암석 행성보다 그러한 물의 세계가 더 많을 수 있다고 의심하기도 한다.

적색 왜성 주변의 두 슈퍼 지구

몬트리올 대학의 Caroline Piaulet이 이끄는 천문학자들은 이제 두 개의 해양 세계를 더 확인했다. 2개의 슈퍼 지구는 약 218광년 떨어져 있고 2014년 케플러 우주 망원경에 의해 발견된 적색 왜성 케플러-138을 공전하고 있다. 당시 관측에 따르면 이들은 반지름이 지구의 1.17배와 1.2배인 거의 똑같이 큰 두 개의 외계 행성이었다.

두 개의 슈퍼 지구인 Kepler 138c와 138d는 별을 비교적 가깝게 공전한다. 따라서 그들의 표면에는 아마도 섭씨 136도와 72도의 평형 온도가 있을 것이다. 따라서 그들은 따뜻하지만 반드시 극도로 뜨거운 세계는 아니다. 별에 더 가까이 가면 화성만큼 무거운 또 다른 가장 안쪽 행성이 있다. 세 행성에 대한 자세한 내용은 처음에는 알려지지 않았다.

놀라울 정도로 가벼움

연구를 위해 Piaulet과 그녀의 팀은 이제 허블 및 스피처 우주 망원경으로 이 행성들의 13번의 이동을 추가로 관찰했다. 그들은 Kepler-138의 방사 속도에 대한 데이터를 평가했다. 이것은 궤도를 도는 천체의 중력이 별의 움직임과 질량에 얼마나 강하게 영향을 미치는지 보여준다. 행성의 크기와 질량을 통해 밀도를 결정할 수 있으며 이는 행성의 구성에 대한 정보를 제공한다.

분석 결과 놀라운 사실이 밝혀졌다. 두 개의 슈퍼 지구인 Kepler-138c와 d는 이전에 생각했던 것보다 가볍고 밀도는 크기가 비슷한 슈퍼지구에 비해 훨씬 낮다. 지구와 다른 지구형 행성처럼 핵이 주로 철이라면 이 두 슈퍼지구의 나머지 부분도 그만큼 가벼워야 한다. 분석에 따르면 휘발성 물질은 Kepler-138d에서 질량의 11%, 부피의 51%를 차지하며 Kepler-138c에서는 약간 적다.

▲ 지구와 해양 행성 케플러-138d의 구조 비교. © Benoit Gougeon/ Université de Montreal

2천km 두께의 바다

"두 행성의 부피 대부분은 아마도 물로 구성되어 있을 것이다"고 Piaulet의 동료인 Björn Benneke는 말했다. "우리가 행성을 물의 세계처럼 명확하게 식별할 수 있었던 것은 이번이 처음이다." 데이터에 따르면 초지구 Kepler-138d는 약 2,000km 두께의 바다를 가질 수 있다. 그러나 천문학자들은 이웃 Kepler –138c보다 약간 덜 따뜻할 것이라고 가정한다.

"목성과 토성을 공전하는 얼음 위성인 유로파 또는 엔셀라두스의 더 큰 버전을 상상해 보세요"고 Piaulet은 말한다. "Kepler-138c와 d는 별에 더 가깝게 궤도를 돌기 때문에 얼음 대신 두꺼운 물 껍질을 가질 수 있다." 이 세계를 가로지르는 바다는 아마도 밀도가 높은 증기 껍질 아래에 있을 것이다. 수압이 우세하거나 물이 심지어 초임계 상태에 있는 고압도 있다. 이 단계에서 물은 액체처럼 밀도가 높지만 기체와 같은 점도를 가진다.

암석 행성보다 더 "물이 많은" 슈퍼 지구?

따라서 Kepler-138 주변의 두 슈퍼 지구는 이러한 유형의 외계 행성에 대한 일반적인 가정과 모순된다. 지금까지 그들은 지상파로 간주되었고 지구와 더 큰 유사체로 여겨졌기 때문이다. 두 해양 세계와 낮은 밀도는 이제 모든 슈퍼 지구가 지구와 같은 구조를 가져야 하는 것은 아님을 시사한다. "따라서 슈퍼지구의 개체군은 그 구성이 균일하지 않다"고 천문학자들은 말했다.

대신, 슈퍼지구의 상당 부분은 높은 수준의 휘발성 물질을 가진 가벼운 물 세계로 구성될 수 있다. 따라서 Piaulet과 그녀의 팀은 이전에 생각했던 것보다 우리 은하에 25~50%의 수분을 포함하는 해양 세계가 훨씬 더 많을 수 있다는 이론을 뒷받침한다. 심지어 암석 행성보다 더 많을 수도 있다. 특히 슈퍼 지구와 미니 해왕성은 이에 대한 올바른 전제 조건을 가질 수 있기 때문이다.

그룹에서 네 번째로 거주 가능한 외부 행성

그리고 Piaulet과 그녀의 동료들은 또 다른 발견을 했다. 새로운 데이터를 평가할 때 그들은 Kepler-138 주변 시스템에 이전에 알려지지 않은 네 번째 행성이 ​​있다는 징후를 발견했다. 약 0.43 지구 질량으로 내부 이웃보다 훨씬 작으며 적색 왜성의 거주 가능 영역에 있을 수 있다. Kepler-138e라고 명명된 이 행성은 별 앞을 통과하지 않기 때문에 크기와 구성에 대한 더 자세한 데이터가 누락되었다.
(Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01835-4)
출처: 몬트리올 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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