케플러-16b
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1. 개요
케플러-16b는 2011년 미국 항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경을 통해 발견된 외계 행성으로, 두 개의 별을 공전하는 최초의 행성이다. 가스 행성으로 목성이나 토성과 질량과 반지름이 유사하며, 케플러-16A와 케플러-16B라는 두 별을 약 228일 주기로 공전한다. 케플러-16b는 통과법을 통해 발견되었으며, 2021년에는 시선 속도법으로도 감지되었다. 이 행성은 영화 《스타워즈》의 타투인 행성과 유사하여, 비공식적으로 "타투인"으로 불리기도 한다. 케플러-16b 자체는 생명체 거주 가능성이 낮지만, 위성이 존재할 경우 생명체가 존재할 가능성이 제기되고 있다.
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| 케플러-16b | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 발견 | |
| 발견 | 2011년 9월 15일 |
| 발견자 | Laurance Doyle과 팀 |
| 발견 방법 | 트랜짓 (케플러 미션) |
| 현황 | 공표 |
| 궤도 정보 | |
| 궤도 긴반지름 | 0.7048 ± 0.0011 au (1.0544 ± 0.0017 x 10^8 km) |
| 근점 거리 | 0.6999 ± 0.0056 au (1.0471 ± 0.0011 x 10^8 km) |
| 원점 거리 | 0.7097 ± 0.0056 au (1.0616 ± 0.0011 x 10^8 km) |
| 궤도 이심률 | 0.0069 ± 0.0015 |
| 공전 주기 | 228.776 ± 0.037 일 (0.626368 ± 0.000101 년) |
| 궤도 경사 | 90.0322 ± 0.0023 ° |
| 승교점 경도 | 0.003 ± 0.013 ° |
| 근점 인수 | 318 ± 22 ° |
| 평균 황경 | 106.51 ± 0.32 ° |
| 통과 시각 | JD 2455212.12316 |
| 항성 | 케플러-16 (KOI-1611) |
| 항성 정보 | |
| 이름 | 케플러16A와 케플러16B |
| 겉보기 등급 | +12 |
| 분광형 | A별: K, B별: M |
| 질량 | A별: 0.6897 ± 0.0034 M☉, B별: 0.2055 ± 0.00065 M☉ |
| 반지름 | A별: 0.6489 ± 0.0013 R☉, B별: 0.2263 ± 0.00053 R☉ |
| 표면 온도 | A별: 4450 ± 150 K, B별: ? |
| 금속함량 [Fe/H] | A별: -0.3 ± 2.2, B별: ? |
| 위치 정보 | |
| 기준점 | J2000.0 |
| 적경 | 19h 16m 18.175s |
| 적위 | +51° 45′ 26.76″ |
| 거리 | 약 200 광년 (약 60 pc) |
| 물리적 특성 | |
| 반지름 | 0.7538 (± 0.0025) RJ (8.449 ± 0.026 R⊕, (1.078 ± 0.003)x10^5 km) |
| 질량 | 0.333 (± 0.015) MJ (105.8 ± 5.1 M⊕) |
| 밀도 | 0.964 (± 0.047) g/cm^3 (1.031 ± 0.060 g/cm^3) |
| 표면 중력 | 14.52 (± 0.7) m/s² (1.48 ± 0.16 g) |
| 표면 온도 | 188 K (185 ± 15 K, 섭씨 -100 ~ -70도) |
| 명칭 | |
| 다른 이름 | Kepler-16b, GSC 03554-01147 b, KIC 12644769 b, 2MASS J19161817+5145267 b, KOI-1611 b, UCAC3 284-140854 b, Tatooine |
2. 발견
케플러-16b는 2011년 미국 항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경을 이용한 통과법으로 발견되었다. 과학자들은 케플러-16 항성계의 빛이 희미해지는 현상을 통해 행성의 존재를 확인했으며, 케플러-16b와 항성들의 통과 시간, 식, 통과 시기를 분석하여 항성계 내 천체들의 크기와 질량을 매우 정밀하게 계산할 수 있었다. 2021년에는 시선 속도법으로 케플러-16b를 감지하는 데 성공했는데, 이는 쌍성계 외계 행성으로는 최초의 사례이다.
2. 1. 발견 과정
케플러 우주선을 이용한 관측으로 2011년 미국 항공우주국(NASA)에 의해 발견되었다. 과학자들은 통과법을 사용하여 케플러-16b를 감지했는데, 이는 케플러-16b의 별들 중 하나가 다른 별에 의해 가려지지 않았을 때에도 항성계의 별 중 하나의 빛이 희미해지는 것을 감지했기 때문이다. 또한, 케플러-16b와 항성계 내 별들의 통과 지속 시간과 모든 식 및 통과 시기를 통해 케플러-16 시스템 내 천체의 크기와 질량을 매우 높은 정밀도로 계산할 수 있었다. 캘리포니아 마운틴 뷰에 있는 SETI 연구소의 로렌스 도일은 이러한 정밀도에 대해 "이것이 태양계 밖에서 가장 잘 측정된 행성이라고 생각합니다"라고 말했다. 예를 들어, 케플러-16b의 반지름은 0.3% 이내로 알려져 있는데, 이는 2011년 9월 기준으로 다른 알려진 외계 행성보다 더 정확하다.케플러-16b는 케플러 우주망원경이 관측한 15만 개 이상의 항성 통과 현상 데이터를 통해 발견되었으며, 케플러 우주망원경은 생명체 거주 가능 영역에 존재하는 행성, 혹은 지구 크기의 행성을 찾는 NASA의 첫 번째 임무였다.
지구에서 볼 때, 케플러-16b는 2014년에 더 희미한 별을 통과하는 것을 멈췄고, 2018년에는 두 번째로 밝은 별을 가로지르는 것을 멈췄다. 그 후, 케플러-16b는 2042년경까지 통과법을 사용하여 감지할 수 없게 된다.
2021년에 케플러-16b는 시선 속도법으로 감지된 최초의 쌍성계 외계 행성이 되었다. 2023년에는 이 방법으로 TOI-1338c가 발견되었다.
2. 2. 추가 발견
2021년에 케플러-16b는 시선 속도법으로 감지된 최초의 쌍성계 외계 행성이 되었다. 2023년, 이 방법으로 두 번째 쌍성계 외계 행성인 TOI-1338c가 발견되었다.3. 특징
케플러-16b는 가스 행성으로, 목성과 토성과 질량과 반지름이 비슷하다. 온도는 188,000이다.[8] 이 행성의 반지름은 0.77Rjup로 토성보다 약간 작으며 고체 표면이 없다.
케플러-16b는 K형 주계열성인 케플러-16A와 M형 주계열성인 케플러-16B로 이루어진 쌍성계를 중심으로 공전한다. 케플러-16b의 질량은 목성의 0.333배, 반지름은 목성의 0.7538배로, 토성과 비슷한 크기이지만, 절반은 가스, 절반은 암석으로 구성되어 있다고 추정된다.
케플러-16의 광도 변화와 쌍성계의 궤도를 정밀하게 측정하여 케플러-16계의 항성과 행성의 반지름과 질량을 매우 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능하다. 발견팀의 리더인 SETI 협회의 로렌스 도일은 "이 외계 행성의 측정은 최고라고 생각합니다."라고 말했다. 예를 들어, 행성의 반지름은 0.3% 이하의 정밀도로 측정되었는데, 이는 2012년 4월 현재 다른 어떤 행성보다 정밀한 수치이다.[9]
3. 1. 궤도
케플러-16b는 K형 주계열성인 케플러-16A와 적색 왜성인 케플러-16B로 이루어진 쌍성계를 공전하는 주연성 행성이다. 1993년 PSR B1620-26 b가 발견되면서 주연성 행성의 존재가 처음으로 알려졌지만, 항성끼리 연성을 이루는계를 공전하는 명확한 사례는 케플러-16b가 최초이다.[7]케플러-16b는 두 항성의 질량중심에서 약 0.704AU(1km) 떨어진 곳을 약 228일(일본어 위키백과 기준, 229일) 주기로 공전한다. 이는 금성이 태양으로부터 공전하는 거리와 거의 같다. 케플러-16b는 현재 궤도에서 형성되었을 가능성은 낮으며, 다른 곳에서 이동해 왔을 가능성이 높다. 궤도 이심률이 작은 이유는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.[5]
케플러-16b는 항성 생성 한계 반지름 안쪽을 공전하고 있다는 점에서도 이례적인 경우이다.
3. 1. 1. 궤도의 안정성
매사추세츠 공과대학교의 사라 시거에 따르면, 접근한 연성의 행성 궤도가 안정되기 위해서는 연성끼리의 궤도 장반경의 최소 7배 거리가 필요하다고 한다. 그러나 케플러-16b의 궤도 장반경은 케플러-16A와 케플러-16B 궤도 장반경의 3.41배밖에 떨어져 있지 않다.[7] 이 값은 발견된 주연성 행성 중에서 가장 작은 값이다.3. 1. 2. 통과 현상 변화
지구에서 볼 때, 케플러-16b는 2014년에 더 희미한 별을 통과하는 것을 멈췄고, 2018년에는 더 밝은 별을 가로지르는 것을 멈췄다. 2042년경까지는 통과법을 사용하여 케플러-16b를 감지할 수 없을 것으로 예상된다.3. 2. 항성계
케플러-16은 K형 주계열성인 케플러-16A와 M형 주계열성인 케플러-16B로 구성된 쌍성계이다. 두 별은 약 41일마다 서로 공전한다.[7]| 구분 | 케플러-16A | 케플러-16B |
|---|---|---|
| 별의 분류 | K형 주계열성 | M형 주계열성 (적색 왜성) |
| 질량 (M☉) | 0.68 | 0.20 |
| 반지름 (R☉) | 0.64 | 0.22 |
| 표면 온도 (K) | 4450 | 3311 |
| 광도 (L☉) | 약 0.14 | 약 0.005 |
두 별의 질량은 각각 태양의 0.68배와 0.20배이고, 반지름은 각각 태양의 0.64배와 0.22배이다. 표면 온도는 각각 4450 K와 3311 K이며, 광도는 태양의 약 14%와 0.5%이다. 이 항성계의 추정 연령은 20억 년이다.[3]
4. 생명체 거주 가능성
케플러-16 항성계의 생명체 거주 가능 영역(생물권)은 쌍성으로부터 약 5500만km에서 1.06억km까지 확장된다. 케플러-16b는 이 영역의 바깥쪽 가장자리에 위치한다. 케플러-16b 자체는 가스 행성이므로 생명체 존재 가능성은 낮지만, 만약 지구 크기의 외계 위성이 존재한다면 생명이 발생할 수 있는 환경이 조성될 수도 있다.[7]
과거에는 쌍성계에서 행성은 안정적으로 존재할 수 없으므로, 생명이 존재할 가능성도 낮다고 생각되었다. 그러나 케플러-16b의 발견은 쌍성계 행성에도 생명체가 존재할 가능성을 시사하는 중요한 "이정표"가 되었다. 왜냐하면 우주에는 단독 별보다 쌍성이 더 많기 때문이다.[7]
4. 1. 위성의 존재 가능성
텍사스 대학교 연구진이 수행한 시뮬레이션에 따르면, 케플러-16 항성계의 역사에서 다른 천체의 섭동으로 인해 생명체 거주 가능 영역 중심부에 있던 지구 크기의 행성이 궤도를 벗어나 케플러-16b에 위성으로 포획되었을 가능성이 있다. 또한, 이산화탄소와 메탄을 포함한 두꺼운 온실 기체의 혼합을 통해 물을 액체 상태로 유지하는 데 필요한 열 에너지를 유지할 수 있는, 약 1.4억km 떨어진 곳에서 궤도를 도는, 멀리 떨어진 생명체 거주 가능 행성의 가능성도 고려되었다.안정적인 궤도를 위해서는 위성이 주성을 공전하는 궤도 주기 ''P''s와 주성이 별을 공전하는 주기 ''P''p의 비율이 1:9보다 작아야 한다. 예를 들어, 행성이 별을 공전하는 데 90일이 걸린다면 해당 행성의 위성이 가질 수 있는 최대 안정 궤도는 10일 미만이다. 시뮬레이션에 따르면, 궤도 주기가 약 45~60일 미만인 위성은 태양과 같은 별로부터 1AU 떨어진 거리에 있는 거대한 거대 행성 또는 갈색 왜성에 안전하게 묶여 있게 된다.
조석 효과는 또한 위성이 판 구조론을 유지하도록 하여 화산 활동이 위성의 온도를 조절하고 지자기 효과를 생성하여 위성이 강한 자기장을 갖게 할 수 있다.
지구와 같은 대기를 약 46억 년(지구의 나이) 동안 유지하기 위해 위성은 화성과 같은 밀도를 가지고 최소 0.07 ME의 질량을 가져야 한다.[6] 스퍼터링으로 인한 손실을 줄이는 한 가지 방법은 위성이 항성풍과 방사선대를 편향시킬 수 있는 강한 자기장을 갖는 것이다. NASA의 갈릴레오의 측정은 큰 위성이 자기장을 가질 수 있음을 시사한다. 갈릴레오는 목성의 위성 가니메데가 0.025 ME의 질량만 가지고 있음에도 불구하고 자체 자기권을 가지고 있다는 것을 발견했다.
5. 명칭
케플러-16b는 케플러 우주 망원경이 발견한 16번째 행성계라는 의미에서 유래했다. 발표 논문에서는 참고 22의 관례에 따라 "케플러-16 (AB)-b" 또는 모호성이 없는 경우 단순히 "b"로 표기할 수 있다고 밝혔다. SIMBAD 천문 데이터베이스에는 케플러-16 (AB)-b로, 외계 행성 백과사전에는 케플러-16 (AB) b로 등재되어 있다.
일반적으로 "케플러-16(AB)b"로 표기하며, 케플러-16B와의 모호함이 없을 때는 "케플러-16b"로 표기한다.[12] "케플러-16b"라고만 표기하면 케플러-16계의 항성 "케플러-16B"와 구별하기 어렵기 때문이다.[10]
5. 1. 스타워즈와의 연관성
케플러-16b는 "태양"이 두 개 존재한다는 점에서 영화 스타워즈 시리즈의 타투인과 유사하다. 세티 연구소는 이 행성을 발견했을 때 "타투인 (Tatooine)"이라고 비공식적으로 불렀다. 루카스필름의 시각 효과 감독 존 놀은 이 연구 성과에 대해 "과학적 발견은 때때로 상상을 초월합니다. 이러한 발견이 앞으로 다양한 작품에 영감을 주고, 상상 이상의 세계에 대한 가능성을 넓혀줄 것입니다."라고 평가했다.그러나 케플러-16b는 토성 크기의 차가운 가스 행성이기 때문에, 황량한 사막 행성인 타투인과는 달리 농부가 농업을 할 가능성은 없다. 다만 지구 크기의 위성이 존재한다면 거주 가능성은 있다.
참조
[1]
웹사이트
From Star Wars to science fact: Tatooine-like planet discovered
https://web.archive.[...]
The Smithsonian Institution
2011-09-24
[2]
웹사이트
Exoplanets Continuously Within the Habitable Zone - Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo
https://web.archive.[...]
[3]
뉴스
How Old is the Sun?
http://www.universet[...]
2011-02-19
[4]
뉴스
Temperature of the Sun
http://www.universet[...]
2011-02-19
[5]
논문
Migration and gas accretion scenarios for the Kepler 16, 34, and 35 circumbinary planets
[6]
웹사이트
In Search Of Habitable Moons
http://www.xs4all.nl[...]
Pennsylvania State University
2011-07-11
[7]
문서
恒星同士の連星を中心として公転する太陽系外惑星は[[ロス458]]の連星を公転する[[ロス458c]]が[[2010年]]に発見されているが、軌道が非常に大きく (1168AU)、本当に連星系を中心に公転しているのか確証がない。また、間接的な証拠としては、[[BD +20°307]]の周りにある円盤が、かつて惑星だった残骸であると考えられている。
[8]
뉴스
On Kepler-16b, shadows come in pairs - ScienceNews
http://www.sciencene[...]
ScienceNews
[9]
문서
軌道に関しては、この惑星の発見後に厳密な測定がされた、[[HD 10180]]系の5個の惑星が誤差0.1%未満で定まっている。
[10]
문서
初の周連星惑星の可能性がある[[ロス458c]]は、ロス458Aとロス458Bと混同しないように、1個目の惑星にもかかわらず、bを飛ばしてcという名称が付けられている。
[11]
문서
連星の片方のみを公転する惑星は、連星との曖昧さが存在しない場合は特に注意を払わないことが多い。例えば[[かに座55番星b]]は[[かに座55番星]]系のAを公転しているが、かに座55番星Bとの区別のために惑星の名称にAを入れ、「かに座55番星Ab」とすることはあまりない。
[12]
문서
例えば[[SIMBAD]]では「Kepler-16b」、[[太陽系外惑星エンサイクロペディア]]では「Kepler-16 (AB) b」となっている。
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