목동자리 타우 b

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1. 개요
2. 발견
3. 공전 궤도 및 질량
- 3.1. 궤도 특징
- 3.2. 질량 및 조성
4. 물리적 특징
- 4.1. 대기
- 4.2. 자기장
5. 명칭
- 5.1. 명칭 제안 논란
참조

1. 개요

목동자리 타우 b는 1996년에 발견된 외계 행성으로, 목동자리 타우 A를 공전한다. 이 행성은 최소 질량이 목성의 4배 이상이며, 궤도 주기는 약 3일 7.5시간으로 매우 짧다. 목동자리 타우 A에서 매우 가까운 거리에 위치하며, 표면 온도는 약 1600 켈빈으로 핫 쥬피터로 분류된다. 2020년에는 자기장 신호로 추정되는 전파 방출이 감지되었으며, 2015년 국제천문연맹의 명칭 공모에서 논란 끝에 투표가 무효 처리되기도 했다.

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뜨거운 목성 - WASP-3b

목동자리 타우 b
기본 정보
모항성 가까이에서 공전하는 목동자리 타우 b의 상상도.
발견
발견자	Butler 외 연구진
발견 장소	캘리포니아 대학교
발견 년도	1996년
발견 방법	도플러 분광법
궤도 정보
궤도 긴반지름	0.0481 AU (7.20E+6 km)
궤도 이심률	0.023 ± 0.015
공전 주기	3.312463 ± 0.000014 일 (79.49899 ± 0.0005 시간)
궤도 경사각	44 °
근점 통과 시간	JD 2,446,957.81 ± 0.54
근일점 인수	188
준진폭	461.1
모항성	목동자리 타우
물리적 특징
질량	5.5–6 M_J
반지름	1.06 R_J
표면 온도	1700 K (1426.85 °C)
항성 정보
별자리	목동자리
겉보기 등급	4.54 ± 0.01
분광형	F7IV-V
질량	1.34 ± 0.05 M_☉
반지름	1.331 ± 0.027 R_☉
표면 온도	6309 K
금속 함량 [Fe/H]	0.28
나이	13 ± 4억 년
거리	50.9 ± 0.02 광년 (15.6 ± 0.05 pc)
기타 명칭
다른 이름	목동자리 타우 Ab tau Boo b tau Boo Ab 4 Boo b CCDM J13473+1727Ab BD +18 2782b 글리제 527 b GSC 01460-00132b HD 120136 b HIP 67275 b HR 5185 b 2MASS J13471581+1727249 b RX J1347.2+1726 b SAO 100706 b

2. 발견

이 행성은 1996년에 발견되었는데, 외계 행성이 발견되기 시작하던 초기에 발견된 천체 중 하나이다. 폴 버틀러와 제프리 마시가 시선속도법을 이용하여 발견하였다. 이들은 샌프란시스코 행성탐사 프로젝트 소속이었다. 항성은 가시광선으로 볼 때 밝았으며 행성은 질량이 컸다. 항성의 시선속도는 초당 469 ± 5 미터였는데, 이 수치의 신빙성은 미셸 마요르와 디디에 켈로가 15년 동안 모은 자료를 통해 빠르게 확인되었다. 타우 b의 존재는 이후 AFOE 행성탐사팀에 의해서도 검증되었다.^[20] 지구로부터의 거리는 50.9광년이다.^[21]^[19]

1999년에는 목동자리 타우 b를 외계 행성으로서는 처음으로 직접 관측했다고 발표했으나, 이 발견은 나중에 철회되었다. 진정으로 직접 관측된 것은 2008년의 HR 8799계의 3개 행성(HR 8799 b, c, d)과 포말하우트 b (다만 존재에 의문이 제기되고 있다)이다.

2012년에는 VLT가 목동자리 타우 A의 빛 속에서 목동자리 타우 b가 반사한 빛만을 추출하여 측정함으로써 정확한 질량이나 궤도 경사각, 대기의 성질 등이 밝혀졌다. 목동자리 타우 A의 빛 속에서 목동자리 타우 b로부터의 반사광은 0.01%밖에 포함되지 않았다. 두 팀이 각각 발표한 값에는 차이가 있다 (예를 들어 질량이 5.95배와 5.7배 등).

3. 공전 궤도 및 질량

목동자리 타우 b는 목성 질량의 4배가 넘는 최소 질량을 가진, 상당히 무거운 행성이다.^[30] MOST 우주망원경을 이용한 관측에서는 이 행성의 질량이 목성의 7~8배 수준일 것으로 추정하기도 했다.^[30] 이 행성은 항성에서 매우 가까운 거리에서 공전하고 있는데, 그 거리는 수성과 태양 간격의 7분의 1밖에 되지 않는다.

1999년 앤드루 콜리어 카메론 연구진은 행성이 항성의 빛을 받아 빛나는 모습을 포착했다고 발표하면서, 행성의 궤도경사각은 29도이며 실제 질량은 목성의 8.5배라고 추정했다. 이들은 행성이 푸른색으로 빛날 것이라고 추측했지만, 이 관측 결과는 검증되지 않았고 신빙성이 없는 것으로 결론지어졌다.^[30]

이후 시선 속도 관찰을 통해 궤도 경사각과 질량을 계산한 결과, 한 팀은 경사 44.5±1.5도, 질량 5.95±0.28 목성 질량을 발견했고,^[8] 다른 팀은 경사 47₋₆⁺⁷도, 질량 5.6±0.7 목성 질량을 발견했다.

3. 1. 궤도 특징

목동자리 타우 b는 최소 질량이 목성의 4배가 넘는, 상당히 무거운 행성이다.^[30] 이 행성은 "토치 궤도"라고 불리는 궤도를 따라 별 주위를 공전하는데, 별과의 거리는 수성과 태양 사이 거리의 7분의 1에 불과하다. 1회 공전 주기는 3일 7.5시간밖에 되지 않는다.^[30]

궤도 긴반지름은 0.0481AU(720만 km)로,^[14] 태양과 수성 거리의 12% 정도밖에 되지 않는다. 궤도 경사각은 44.5도^[15] 또는 47도^[14]이며, 궤도 이심률은 0.023이다.^[15]^[14]

목동자리 타우 b는 목동자리 타우 A를 3일 7시간 29분 56초(±2초) 동안 공전한다.^[14] 목동자리 타우 A의 자전 주기는 3.31일로 측정되었는데,^[15]^[14] 이는 행성의 공전 주기와 항성의 자전 주기가 일치^[15]^[14]함을 보여준다. 이러한 관계는 목동자리 타우계에서 유일하게 알려진 사례이다.

목동자리 타우는 태양보다 더 뜨겁고 밝기 때문에, 타우 b는 알려진 행성들 중 가장 뜨거운 행성 중 하나로, 온도는 약 1600K에 이른다.^[30]^[7]

1999년 12월, 앤드루 콜리어 카메론 연구진은 행성이 항성의 빛을 받아 빛나는 모습을 포착했다고 발표하고, 행성의 궤도경사각은 29도이며 실제 질량은 목성의 8.5배라고 추정했다. 이들은 행성이 푸른색으로 빛날 것이라고 추측했지만, 이 관측 결과는 검증되지 않았고 신빙성이 없는 것으로 결론지어졌다.^[30]

이후 연구에서 별과의 조석 고정을 가정하여 행성의 질량을 목성의 6~7배 사이로 추정했고, 2007년 자기장 탐지를 통해 이 추정치가 확인되었다. 2012년에는 두 연구팀이 독립적으로 시선 속도를 관찰하여 행성의 궤도 경사각(44.5±1.5도^[8], 47₋₆⁺⁷도)과 질량(^[8], )을 계산했다.

3. 2. 질량 및 조성

목동자리 타우 b는 질량이 큰 편으로 최소 질량이 목성의 4배 이상이다. MOST 우주망원경을 이용한 최근 연구에서는 이 행성의 질량이 목성의 7~8배 수준일 것으로 추정하고 있다.^[30] 2012년 두 연구팀은 독립적으로 시선 속도를 관찰, 일산화 탄소의 스펙트럼 선 이동을 통해 행성의 시선 속도를 별의 시선 속도와 구별했다. 이를 통해 행성 궤도의 경사를 계산, 행성의 질량을 계산할 수 있었다. 한 팀은 경사 44.5±1.5도, 질량 5.95±0.28 목성 질량을 발견했고,^[8] 다른 팀은 경사 47₋₆⁺⁷도, 질량 5.6±0.7 목성 질량을 발견했다.

질량으로 미루어 보아 가스 행성으로 보이며,^[30] 대부분의 알려진 "핫 쥬피터"보다 질량이 크다. 지구에서 볼 때 항성 앞을 통과하지 않기 때문에, 행성의 대기를 통과한 빛을 직접 관측할 수 없다.^[15]^[14] 그러나, VLT가 목동자리 타우 b의 반사광을 측정함으로써, 대기 중의 일산화 탄소를 측정할 수 있었다. 그 결과, 목동자리 타우 b에서는 고도가 상승할수록 대기의 온도가 내려가는, 보통의 핫 쥬피터와는 반대되는 성질을 가지고 있음이 밝혀졌다.^[15]^[14]

목동자리 타우 b는 생성 초기 갈색 왜성이었다가 어머니 항성의 열기 때문에 대기 대부분을 우주 공간으로 날려 지금의 행성급 질량만 남았다는 추측도 있었으나, 현재는 그럴 가능성은 적은 것으로 알려졌다.

1999년 12월, 앤드루 콜리어 카메론 연구진은 행성이 항성의 빛을 받아 빛나는 모습을 포착했다고 발표했다. 이들은 행성의 궤도경사각은 29도로 타우 b의 실제 질량이 목성의 8.5배라고 했다. 이들은 행성을 인간의 눈으로 보면 푸른색으로 빛날 것이라고 추측했다. 그러나 이들의 관측 결과는 검증되지 못했으며, 이후 신빙성이 없는 것으로 결론지어졌다.

4. 물리적 특징

목동자리 타우 b는 질량이 큰 편으로, 최소 질량이 목성의 4배 이상이다. 최근 연구에 따르면 목성의 7~8배 수준일 것으로 추정된다.^[30] 항성에서 매우 가까이 붙어 있어 그 거리는 수성과 태양 간격의 7분의 1밖에 되지 않으며, 항성을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 79.5시간에 불과하다. 목동자리 타우는 태양보다 더 뜨겁고 밝기 때문에 타우 b는 알려져 있는 행성들 중 가장 뜨거운 존재에 속하며, 온도는 약 1621 K이다.^[30] 질량으로 미루어 보아 가스 행성으로 보인다.

목동자리 타우 b는 생성 초기에 갈색 왜성이었다가 어머니 항성의 열기 때문에 대기를 대부분 우주 공간으로 날려 지금의 행성급 질량만 남은 것으로 추측되기도 했으나, 현재는 그럴 가능성은 적은 것으로 알려졌다. 1999년 12월 앤드루 콜리어 카메론 연구진은 행성이 항성의 빛을 받아 빛나는 모습을 포착했다고 발표했지만, 이들의 관측 결과는 검증되지 않았고 이후 신빙성이 없는 것으로 결론지어졌다.

목동자리 타우 b는 뜨거운 열기 때문에 반지름이 목성보다 20% 더 클 것으로 예상되며, 반사율은 0.39보다 낮을 것으로 추정된다.^[31] 표면 온도가 1621K 정도일 경우 수다르스키의 외계행성 분류에 따르면 작열형 V형 행성으로 분류되며, 이 경우 반사율은 0.55까지 올라갈 수 있다. 목동자리 타우 A를 보다 먼 거리에서 돌고 있는 행성이 더 있을 것이라는 증거들이 존재하지만, 그 존재를 확신할 수는 없다.

4. 1. 대기

목동자리 타우 b는 질량이 큰 편으로 최소 질량이 목성의 4배 이상이다. 캐나다 MOST 우주망원경을 이용한 관측에 따르면, 이 행성의 질량은 목성의 7~8배 수준으로 추정된다. 항성에서 매우 가까운 거리에 위치하며, 그 거리는 수성과 태양 간격의 7분의 1에 불과하다. 항성을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 79.5시간(약 3.3일)이다. 목동자리 타우는 태양보다 더 뜨겁고 밝기 때문에, 타우 b는 알려진 행성들 중 가장 뜨거운 행성 중 하나이며, 온도는 약 1621 K(1348℃)에 달한다.^[30] 질량으로 미루어 보아 가스 행성으로 추정된다.

과거에는 목동자리 타우 b가 생성 초기에 갈색 왜성이었다가 항성의 열기로 인해 대기를 대부분 잃고 현재의 행성급 질량만 남았다는 추측도 있었지만, 현재는 그 가능성이 낮은 것으로 알려져 있다. 다만, HD 209458 b와 같이 대기가 우주 공간으로 달아나는 현상이 관측되는 경우도 있다.

1999년 12월, 앤드루 콜리어 카메론 연구진은 행성이 항성의 빛을 받아 빛나는 모습을 포착했다고 발표했다. 이들은 행성의 궤도경사각이 29도이고, 타우 b의 실제 질량이 목성의 8.5배라고 주장했다. 또한, 행성이 인간의 눈으로 보면 푸른색으로 빛날 것이라고 추측했다. 그러나 이들의 관측 결과는 아직 검증되지 않았으며, 이후 신빙성이 없는 것으로 결론지어졌다.

목동자리 타우 b는 뜨거운 열기로 인해 반지름이 목성보다 20% 더 클 것으로 예상된다. 아직까지 이 행성이 내는 빛이 포착된 적은 없으므로, 행성의 반사율은 0.39보다 낮을 것으로 추정된다.^[31] 2021년에는 반사율 제약이 0.12 미만으로 강화되었다.^[9] 표면 온도가 1621K 정도일 경우, 수다르스키의 외계행성 분류에 따르면 작열형 V형 행성으로 추정되며, 이 경우 반사율은 0.55까지 올라갈 수 있다.

2011년에는 목동자리 타우 b의 대기가 측정되었는데, 새로운 관측은 높은 고도에서 온도가 낮아지는 대기 형태를 보였다. 이는 다른 뜨거운 목성형 외계 행성에서 발견된 온도 역전 현상, 즉 고도가 높아짐에 따라 온도가 상승하는 것과 정반대이다.^[1] 2014년에는 행성의 대기에서 수증기가 직접적으로 검출되었다.^[10] 2021년 대기 특성 분석 결과, 수소-헬륨 대기에 0.35%의 일산화 탄소 부피 혼합물의 형태로 목성과 유사한 탄소 풍부도를 보였다. 물의 상한은 2ppm 미만(태양 조성의 0.72%)으로 추정되었다.^[11]

2020년에는 14-30MHz 대역의 전파 방출이 목동자리 타우 시스템에서 감지되었는데, 이는 목동자리 타우 b의 자기장 신호인 사이클로트론 복사와 관련이 있을 가능성이 높다.^[12]^[13]

목동자리 타우 b는 도플러 분광법으로 관측되었기 때문에, 처음에는 하한 질량이 목성의 3.9배로만 알려져 있었다.^[17] 목동자리 타우 b는 지구에서 볼 때 항성 앞을 통과하지 않기 때문에, 행성의 대기를 통과한 빛을 직접 관측할 수 없다.^[15]^[14] 그러나, VLT가 목동자리 타우 b의 반사광을 측정함으로써 대기 중의 일산화 탄소를 측정할 수 있었다. 그 결과, 목동자리 타우 b에서는 고도가 상승할수록 대기의 온도가 내려가는 것으로 밝혀졌다. 이는 일반적인 핫 쥬피터에서 나타나는 온도 역전 현상과는 반대되는 현상이다.^[15]^[14]

4. 2. 자기장

2020년, 목동자리 타우 항성계에서 14-30MHz 대역의 전파 방출이 감지되었는데, 이는 목동자리 타우 b의 자기장 신호인 사이클로트론 복사와 관련이 있을 가능성이 높다.^[12]^[13]

5. 명칭

목동자리 타우별 b는 목동자리 타우별 A를 공전하는 외계 행성으로, 동반성인 목동자리 타우별 B와 혼동을 피하기 위해 '목동자리 타우별 Ab'로 표기하기도 한다. 혼동 우려가 없을 때는 '목동자리 타우별 b'로 쓴다.

5. 1. 명칭 제안 논란

2015년, 국제천문연맹은 목동자리 타우 항성계(항성 A와 행성 b)를 포함한 20개 외계 행성계의 고유 명칭을 공모하고 일반 투표를 통해 결정했다. 타우성계에서는 인도의 Gurudev Observatory-outreach program이 제안한 Shri Ram Matt(A)와 Bhagavatidevi(b)가 압도적인 득표수로 1위를 차지했다.^[27]

그러나 이 이름들은 인도의 사회사상가 슈리람 샤르마와 그의 아내 Bhagavati Devi Sharma에서 유래했는데, 국제천문연맹이 발표한 규칙 중 "주로 정치적·군사적·종교적 활동으로 알려진 개인·장소·사건의 이름은 금지" 조항에 위배된다는 이유로 투표는 무효 처리되었다.^[27]

이 투표에서는 규칙에 위반되는 제안도 그대로 투표 대상이 되었다. "다른 천체의 명칭과 유사하지 않아야 한다"는 규칙을 어겼음에도 1위를 차지한 제안이 몇 개 있었지만, 변경된 어형이나 유의어로 승인되었다. 투표 자체가 무효가 된 것은 이 항성계가 유일하다.^[27]

다음 외계 행성 명명 기회인 2019년 캠페인의 대상이 되는 100개의 행성계에는 타우성계는 포함되지 않았다.^[28]

참조

_[1] 간행물 "New Way of Probing Exoplanet Atmospheres" https://www.scienced[...] Science Daily 2012-06-27
_[2] 웹사이트 NameExoWorlds: An IAU Worldwide Contest to Name Exoplanets and their Host Stars http://www.iau.org/n[...] IAU.org 2014-07-09
_[3] 웹사이트 NameExoWorlds http://nameexoworlds[...] 2016-12-31
_[4] 웹사이트 NameExoWorlds http://nameexoworlds[...] 2015-08-15
_[5] 뉴스 Final Results of NameExoWorlds Public Vote Released http://www.iau.org/n[...] International Astronomical Union 2015-12-15
_[6] 뉴스 New Way of Probing Exoplanet Atmospheres http://www.eso.org/p[...] ESO Press Release 2012-06-28
_[7] 서적 Optical and Infrared Interferometry 2008
_[8] 논문 The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b 2012-06-28
_[9] 논문 Polarization of hot Jupiter systems: A likely detection of stellar activity and a possible detection of planetary polarization
_[10] 논문 Near-IR Direct Detection of Water Vapor in Tau Boo b https://arxiv.org/ab[...]
_[11] 논문 Where is the Water? Jupiter-like C/H Ratio but Strong H2O Depletion Found on τ Boötis b Using SPIRou
_[12] 논문 The search for radio emission from the exoplanetary systems 55 Cancri, υ Andromedae, and τ Boötis using LOFAR beam-formed observations
_[13] 웹사이트 Exoplanets Could Help Us Learn How Planets Make Magnetism https://www.quantama[...] 2023-08-07
_[14] 논문 WEIGHING THE NON-TRANSITING HOT JUPITER τ Boo b https://iopscience.i[...]
_[15] 간행물 The radial velocity trail from the giant planet orbiting τ Boötis https://www.eso.org/[...] ESO
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_[21] 웹사이트 太陽系外惑星の一覧距離順 http://exoplanet.eu/[...] The Extrasolar Planets Encyclopaedia
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_[29] 웹사이트 Astrographics Millennium Planet Poster http://www.astrograp[...]
_[30] 문서
_[31] 논문 "A new upper limit on the reflected starlight from Tau Bootis b." 2003

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