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- 변형의 원인은 모(母)항성의 강한 조석력
- "궤도 주기가 길어지고 있다는 약간의 증거가 있는데, 이는 예상과 반대다"
- WASP-103b 행성은 헤라클레스 자리에 있는 뜨거운 목성

럭비공 외계행성 발견
천문학자들은 처음으로 행성에서 측정 가능한 조석 변형을 입증했다.

원형 대신 타원형:
천문학자들이 처음으로 명확하게 변형된 외계행성을 관찰했다.
WASP-103b는 구형 대신 럭비공과 비슷하다. 이 변형의 원인은 모(母)항성의 강한 조석력이다. 행성이 매우 가깝게 공전하기 때문에 항성 중력이 행성을 떼어낸다. 그러나 이 외계행성이 항성 별에 점점 더 끌리는 대신 별에서 멀어지는 것처럼 보이는 이유는 어리둥절하게 한다. 

▲ 가까운 별의 중력에 의해 변형된 외계행성 WASP-103b는 구형이라기보다 럭비공에 가깝다. © ESA

조석력은 항상 한 천체의 중력이 다른 천체에 작용할 때 발생한다.
이처럼 지구에는 달의 인력으로 인해 밀물과 썰물이 일어난다. 그 효과는 목성과 같은 별이나 가스 거인에 의해 유발될 때 훨씬 더 강력하다. 목성의 거대한 조석력은 근처 위성의 내부를 통과하여 열을 생성한다. 이오에서는 격렬한 화산 활동으로 표현되고 유럽에서는 빙하 아래 바다와 해저 화산을 발생시켰을 가능성이 있다.

뜨거운 목성의 경우와 같이 매우 가깝게 공전하는 외계가스 거성의 영향은 훨씬 더 극심해야 한다. 천문학자들은 그러한 외계행성이 항성의 조석력에 의해 타원형으로 변형되어야 한다고 오랫동안 의심해 왔다. 그러나 지금까지 이 효과를 입증하는 것이 불가능했다.

광 곡선은 변형을 나타낸다.

지금은 바뀌었다. 처음으로 천문학자들은 별의 조석력에 의해 크게 변형된 외계행성을 직접 관찰했다. WASP-103b 행성은 헤라클레스 자리에 있는 뜨거운 목성으로, 이 목성의 어머니 별은 우리 태양보다 약 1.7배 더 크고 약간 더 뜨겁다. 다른 뜨거운 목성과 마찬가지로 외계 행성은 매우 좁은 궤도에서 별을 공전하며 한 궤도를 완료하는 데 하루 밖에 걸리지 않는다.

▲ WASP-103b의 특징 © ESA

이것이 행성에 어떤 영향을 미치는지 알아내기 위해 포르투 대학의 Susana Barros와 함께 일하는 천문학자들은 CHEOPS 우주 망원경으로 WASP-103b를 목표로 삼았다.
이 망원경은 높은 해상도로 별 앞에서 외계행성의 이동을 기록하도록 설계되었다. 결과 광 곡선을 사용하여 행성의 크기와 궤도를 결정할 수 있을 뿐만 아니라 행성이 둥글거나 변형되었는지도 밝혀야 한다.

WASP-103b에서 연구원들은 12개 통과의 CHEOPS 광 곡선을 분석하고 허블(Hubble) 및 스피처(Spitzer) 우주 망원경의 데이터도 평가했다.

원형 공 대신 럭비공

사실, 데이터는 외계행성 WASP-103b가 변형된 것으로 밝혀졌다.
강한 조석력의 결과로 구형보다 타원형 럭비공처럼 보인다. 공동 저자인 파리 소르본 대학 천문대의 자크 라스카(Jacques Laskar)는 “CHEOPS가 이러한 변형을 증명할 수 있었다는 사실이 믿기지 않는다‘고 말했다. 이는 이러한 변형이 작은 편차 형태의 광 곡선에서만 눈에 띄기 때문이다.

천문학자들이 외계행성이 항성의 조석력에 의해 변형되었다는 것을 직접 증명한 것은 이번이 처음이다. WAPS-103b의 변형 정도, 크기, 추정 질량을 통해 천문학자들은 내부 구조에 대한 정보도 얻을 수 있었다. "변형에 대한 재료의 저항은 구성에 따라 다르다"고 공동 저자인 Geneva 대학의 Babatunde Akinsanmi가 설명했다. "행성이 얼마나 많이 변형되었는지 측정함으로써 우리는 암석, 가스 또는 물로 구성된 부분을 결정할 수 있다.“

이 데이터는 WASP-103b가 목성과 유사하게 구성되어야 하지만 심하게 팽창되어 있음을 보여준다. 이 bloating의 정확한 원인은 여전히 ​​불분명하다.

▲ 그림1. 상단 패널: CHEOPS 운송 #10에서 관찰한 WASP-103의 시야. 하단 패널: Gaia 카탈로그를 기반으로 하고 WASP-103을 제외하고 DRP에 의해 시뮬레이션된 WASP-103의 시야. 빨간색 십자 표시는 목표 위치를 표시하고 빨간색 원은 DEFAULT 조리개를 표시한다. 이미지 스케일은 픽셀당 1 arcsec이다. (출처: 관련논문 Detection of the tidal deformation of WASP-103b at 3 σ with CHEOPS / Astonomy & Astrophysics)

▲ 그림2. 운송 번호 8에 대한 위성의 롤 각도 함수로서의 운송 적합의 잔차. 주황색으로 과도하게 표시된 비모수 GP 모델과 잘 맞는 명확한 의존성을 볼 수 있습니다(섹션 2.3.1 참조). 이 경우에 가장 잘 맞는 길이 척도 하이퍼 매개변수는 도였습니다. 롤 각도에 따른 플럭스 의존성은 우리의 모든 광 곡선에서 명확하게 보여지지만 의존성의 형태는 다양합니다. (출처:관련논문)

궤도 드리프트 퍼즐

WASP-103b의 궤도에 대한 항성 중력의 영향도 불분명하다.
이론에 따르면, 별의 강한 인력은 그러한 가까운 행성의 궤도에도 영향을 미쳐야 한다. 그것은 나선형으로 점점 더 좁아져야 한다. 어느 시점에서 행성은 별에 너무 가까워져 중력에 의해 찢어지고 삼켜질 것이다.

그러나 WASP-103b의 경우, 천문학자 팀은 이와같이 궤도가 좁아지는 명확한 징후를 찾을 수 없었다. Barros와 그녀의 동료들은 "궤도 주기가 길어지고 있다는 약간의 증거가 있는데, 이는 예상과 반대다"고 설명했다.

 

외계행성이 실제로 별에서 멀어지고 있는지 또는 데이터가 통계적 인공물 및 기타 측정 관련 왜곡으로 인한 것인지 아직 명확하지 않다.
(Astronomy & Astrophysics, 2022; doi: 10.1051/0004-6361/202142196)

출처: European Space Agency (ESA), Universität Bern

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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