글리제 1214 b

1. 개요

글리제 1214 b는 지구로부터 약 42광년 떨어진 곳에 있는 외계 행성으로, 2009년 MEarth 프로젝트를 통해 발견되었다. 2022년 국제천문연맹(IAU)의 NameExoWorlds 캠페인을 통해 "에나이포샤"라는 이름이 부여되었다. 지구 반지름의 약 2.74배, 지구 질량의 약 8.17배이며, 밀도와 대기 조성을 통해 다양한 구성 모델이 제시되었다. 대기 연구를 통해 수증기, 헬륨의 존재 가능성이 제기되었으며, 두꺼운 가스 외피를 가지거나, 거대한 바다로 덮인 해양 행성일 가능성도 있다. 표면 온도는 120~282°C로 추정된다.

2. 명칭

2022년 8월, 글리제 1214 b와 이 행성이 공전하는 별은 국제천문연맹(IAU)의 세 번째 NameExoWorlds 프로젝트에서 이름을 붙일 20개의 시스템에 포함되었다. 2023년 6월, 케냐 팀이 제안하여 승인된 이름이 발표되었다. 글리제 1214 b는 에나이포샤(Enaiposha)로, 이 행성을 공전하는 별은 오르카리아(Orkaria)로 명명되었는데, 이는 행성의 가능성 있는 구성과 별의 색깔을 암시하는, 큰 물줄기와 붉은 황토를 뜻하는 마아어 단어에서 유래되었다.

에나이포샤는 마사이가 호수나 바다 등 큰 물의 덩어리를 나타내는 말로, 대량의 물의 거친 면에 대한 외경심도 나타낸다. 오르카리아는 케냐・탄자니아의 원주민 마사이의 젊은 전사가 의식 때 바르는 붉은 흙으로, GJ 1214의 색을 암시한다.

3. 발견

MEarth 프로젝트는 글리제 1214 b가 모항성 GJ 1214 앞을 통과할 때 발생하는 미세한 밝기 변화를 감지하여 발견했다. 2009년 초, MEarth 프로젝트의 천문학자들은 GJ 1214의 밝기가 주기적으로 어두워지는 것을 확인했다. 이후 유럽 남방 천문대(ESO)의 라 실라 천문대에 있는 망원경과 고정밀 시선 속도 행성 탐색기(HARPS)를 사용하여 행성의 존재를 확증했다. 추가 관측을 통해 GJ 1214가 약 1.58일 주기로 밝기가 약 1.5% 어두워진다는 것이 밝혀졌다. 이후, 학술지 네이처에 해당 발견 논문이 발표되었다.

4. 물리적 특징

글리제 1214 b의 반지름은 지구에서 이 행성이 항성 앞을 통과할 때 줄어드는 빛의 양으로, 질량은 항성 스펙트럼선의 도플러 효과로 인한 미세한 변화를 통해 추정할 수 있다. 이를 통해 계산된 밀도는 행성의 구성과 구조에 대한 중요한 정보를 제공한다.

행성의 평형 온도는 393~555K(섭씨 120~282도)로 추정되며, 이는 2009년까지 발견된 외계 행성 중 낮은 편에 속한다. 온도는 행성의 반사율에 따라 달라지는데, 반사율이 0이면 555K, 금성과 비슷한 0.75이면 393K이다.

질량과 반지름으로 볼 때, 글리제 1214 b는 물(~75%)과 암석(~25%)으로 구성된 해양 행성일 가능성이 크다. 행성 질량의 약 0.005%는 수소와 헬륨 대기가 차지하며, 일부 물은 높은 압력으로 인해 얼음 VII 형태로 존재할 수 있다.

이 행성은 MEarth 프로젝트에서 리치-크레티앙식 망원경과 일반 카메라를 이용해 발견되었다.

4.1. 질량, 반지름, 온도

글리제 1214 b의 반지름은 지상에서 관측했을 때 이 행성이 주성 앞을 가로지르는 현상(트랜싯)이 나타날 때 감소하는 빛의 양으로 추론할 수 있으며, 지구 반지름의 약 2.742배이다. 행성의 질량은 도플러 효과로 인한 별 스펙트럼 선의 작은 이동을 통해 측정된 주성의 시선 속도에 대한 정밀한 관측으로 추론할 수 있으며, 지구 질량의 약 8.17배이다. 행성의 질량과 반지름을 통해 밀도를 계산할 수 있다. 이론적 모델과 비교하면 밀도는 행성의 구성과 구조에 대한 제한적이지만 매우 유용한 정보를 제공한다.

글리제 1214 b의 평형 온도는 행성의 반사율(알베도)에 따라 대략 393,000~555,000 범위(섭씨 120~282도)에 있는 것으로 추정된다. 이는 2011년 케플러 우주 망원경에 의해 Kepler-16b가 발견되기 전까지 알려진 통과 행성들 중 가장 낮은 온도였다.

4.2. 대기

의 모항성은 비교적 작기 때문에 행성이 통과할 때 분광 관측을 수행할 수 있다. 2010년 연구에서는 750~1000nm 파장 범위에서 특별한 스펙트럼 특징이 거의 나타나지 않았다. 초기에는 두꺼운 수소 대기가 존재하지 않을 가능성이 제기되었으나, 이후 수증기 대기 존재 가능성이 제시되었다. 행성계의 나이를 고려할 때, 초기 대기가 상당 부분 손실되었을 가능성이 있다. 2022년 연구에서는 대기에서 헬륨이 잠정적으로 감지되었다.

4.3. 구성 가능성

행성 모델에 따르면, 글리제 1214 b는 행성 질량의 약 5%를 차지하는 비교적 두꺼운 가스 외피를 가지고 있을 수 있다. 행성의 형성 및 진화 과정에 따라 다양한 구성 성분을 가정하여 구조를 추론할 수 있다. 글리제 1214 b는 암석형 행성에 탈가스작용으로 생성된 수소 풍부한 대기를 가졌거나, 미니 해왕성 또는 해양 행성일 수 있다. 만약 해양 행성이라면, 목성의 갈릴레이 위성 중 하나인 유로파보다 더 크고 뜨거운 행성으로 생각할 수 있다.

글리제 1214 b가 내부가 주로 물 핵으로 구성되어 있고 그 주위를 더 많은 물이 둘러싸고 있는 해양 행성이라고 가정한다면, 전체 질량의 비율은 약 25%의 암석과 75%의 물로, 수소와 헬륨과 같은 가스의 두꺼운 외피()로 덮여 있을 것이다. 물 행성은 안쪽으로의 행성 이동의 결과일 수 있으며, 성간의 얼음이 풍부한 물질로부터 형성된 원시 행성에서 기원했을 수 있지만, H/He 성운 가스를 다량으로 흡수할 만큼 충분한 질량을 얻지 못했을 수 있다. 깊이에 따른 다양한 압력 때문에, 물 행성의 모델은 물의 "증기, 액체, 초유체, 고압 얼음, 플라즈마 상태"를 포함한다. 고체 상태의 물 중 일부는 얼음 VII 형태일 수 있다.

5. 특징

어머니 항성으로부터 받은 열을 어느 정도 우주 공간으로 되돌리느냐에 따라 차이는 있겠지만, 글리제 1214 b의 표면 온도는 대략 393,000 ~ 555,000 (섭씨 120 ~ 282도) 영역 사이에 있으리라 추측하고 있다. 이는 트랜싯법으로 발견된 외계 행성들 중 가장 낮은 온도이다.

이 행성에 물이 존재한다는 직접적 증거가 아직 발견되지 않았지만, 데이터를 만족하는 반지름과 질량값으로부터 b는 질량의 약 4분의 3이 물과 얼음이며, 나머지는 암석으로 이루어져 있는 바다 행성일 가능성이 있다. 행성 질량의 약 0.05퍼센트에 해당하는 수소와 헬륨 대기가 표면을 둘러싸고 있을 가능성이 있다. 가설이 맞다면 충분한 대기압 때문에 액체 상태의 물이 행성 전체에 가득할 것이며, 물 중 일정량은 얼음 VII의 형태로 존재할 것이다. b에 대기가 있는지 여부는 확실하지 않으나, 실제 대기가 있다면 항성과 떨어진 거리로 볼 때 우주 관측 기구(예: 허블 우주 망원경)를 통해 존재 여부를 밝힐 수 있을 것이다.

또한 b의 날씨를 예상할 수 있는데, 항상 구름이 낀 날씨다.

행성계의 나이로 볼 때 b는 탄생 후 상당량의 대기를 잃어버린 것으로 분석된다.