케플러-7b
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1. 개요
케플러-7b는 2009년 케플러 우주망원경을 통해 발견된 외계 행성으로, 케플러-7을 공전한다. 목성 질량의 약 0.43배, 반지름은 목성의 약 1.48배로 밀도가 매우 낮아 스티로폼과 유사하며, 4.89일 주기로 항성을 공전한다. 대기권 지도 작성을 통해 구름의 존재가 확인되었으며, 2010년 1월에 발견이 공식 발표되었다. 케플러-7은 태양보다 크고 질량이 크지만 밀도가 낮으며, 주계열성 단계의 마지막에 가까워지고 있다.
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| 케플러-7b | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 별자리 | 거문고자리 |
| 분류 | 태양계 외 행성 |
| 발견 | |
| 발견일 | 2010년 1월 4일 |
| 발견자 | 데이비드 W. 래섬 등 |
| 발견 방법 | 트랜싯법 (케플러 계획) |
| 현황 | 공표 |
| 궤도 정보 | |
| 공전 주기 | 4.885525 ± 0.000040일 |
| 궤도 장반경 | 0.06224 au |
| 이심률 | 0 |
| 궤도 경사각 | 86.5 ± 0.4° |
| 통과 시각 | HJD 2454967.27571 ± 0.00014 |
| 준진폭 | 42.9 ± 3.5 m/s |
| 모항성 | 케플러-7 |
| 위치 정보 | |
| 거리 | 3089 광년 (947 pc) |
| 물리적 특징 | |
| 반지름 | 1.478 (+0.050/-0.051) RJ (16.52 지구 반지름) |
| 질량 | 0.433 (+0.040/-0.041) MJ |
| 평균 밀도 | 0.166 (+0.019/-0.020) g/cm3 |
| 표면 중력 | 4.91 (+0.45/-0.48) m/s2 |
| 평형 온도 | 1540 ± 200 K |
| 알베도 | 0.32 ± 0.03 |
| 기타 명칭 | |
| 기타 명칭 | KIC 5780885 b, KOI-97 b, KOI-97.01, 2MASS J19141956+4105233 b, WISE J191419.55+410523.1 b |
2. 특징
케플러-7b는 항성 케플러-7을 가까운 거리에서 공전하는 뜨거운 목성으로, 평형 온도는 약 1,540K이다. 이는 목성보다 12배 이상 뜨겁지만, 케플러 우주망원경으로 발견된 처음 5개의 행성 중에서는 케플러-6b 다음으로 온도가 낮다.
케플러-7b는 목성 질량의 0.433배, 반지름은 목성의 1.478배로, 밀도는 0.166g/cm³에 불과하다. 이는 스티로폼과 비슷한 수준이며, 발견 당시 WASP-17b 다음으로 낮은 밀도를 가진 행성이었다. 이렇게 낮은 밀도는 기존 행성 형성 이론으로는 설명하기 어렵다.
케플러-7b는 항성을 0.06224AU 거리에서 약 4.8855일 주기로 공전하며, 궤도 경사는 86.5°로 지구에서 보았을 때 거의 수평으로 공전하는 것처럼 보인다.
미국 항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경과 스피처 우주망원경 자료를 바탕으로 케플러-7b의 대기권 지도가 만들어졌는데, 이는 외계 행성 대기권 지도로는 최초였다. 가시광선 관측 결과 서쪽 반구에서 밝은 부분이 발견되었으며, 이는 스피처 우주망원경의 관측을 통해 대기 현상으로 밝혀졌다.
UC 산타 크루즈의 조나단 포트니 교수는 "이 구름들은 약 537.8°C의 고온으로 인해 암석과 철로 구성되었을 수 있다"고 말했다. MIT의 브라이스-올리비에 데모리는 "대양과 대륙은 발견되지 않았지만, 행성 구름을 시사하는 명백한 반사 증거가 발견되었다"고 언급했다. NASA 에임스 연구센터의 토마스 바클레이는 "지구와 달리 이 행성의 구름은 시간에 따라 거의 변하지 않는 것으로 보이며, 매우 안정적인 기온을 가지고 있다"고 말했다.
2. 1. 물리적 특징
케플러-7b는 주 항성을 가까운 거리에서 공전하는 뜨거운 목성이라고 할 수 있다. 이 행성의 평형 온도는 주 항성과의 거리를 고려했을 때 대략 1,540,000 정도로 계산된다. 이는 목성보다 12배 넘게 뜨거운 것이다. 그러나 케플러 우주망원경으로 발견된 첫 5개의 행성 중 케플러-6b를 제외하고는 두 번째로 온도가 낮다. 케플러-7b는 주 항성을 의 거리에서 약 4.8855일 동안 한 바퀴 돌며, 처음 발견된 다섯 개의 행성 중 가장 멀리서 공전한다. 수성은 0.387AU 거리에서 87.97일 동안 한 바퀴 공전하는 것과 비교된다. 또한 케플러-7b는 86.5°의 궤도 경사를 가지고 있어, 지구에서 봤을 때 거의 수평으로 공전하는 것처럼 보인다.2. 1. 1. 밀도와 구성 물질
케플러-7b는 목성 질량의 0.433배이지만, 항성에 가깝게 위치해 반지름은 목성의 1.478배로 팽창했다. 이 때문에 평균 밀도는 0.166 g/cm3으로, 발포 폴리스티렌과 거의 같다. 케플러-7b가 발견될 당시에는 WASP-17b (0.49 ''M''J; 1.66''R''J)만이 더 낮은 밀도를 가진 것으로 알려졌다. 이처럼 낮은 밀도는 현재의 표준적인 행성 형성 이론으로는 예측하기 어렵다.2. 2. 궤도
케플러-7b는 케플러-7을 의 거리에서 약 4.8855일 주기로 공전한다. 궤도 경사는 86.5º로, 지구에서 보았을 때 궤도가 거의 수평에 가깝게 보인다.2. 2. 1. 공전 주기 및 거리
케플러-7b는 항성에 가깝게 공전하는 핫 쥬피터영어(목성형 외계 행성)이다. 항성에 가깝게 위치해 평형 온도는 약 1540 K로 측정된다. 하지만 케플러가 발견한 최초의 다섯 행성 중에서는 케플러-6b 다음으로 두 번째로 온도가 낮다. 이는 목성보다 12배 이상 뜨겁다.케플러-7b는 의 거리에서 4.8855일마다 모항성을 공전하며, 케플러가 발견한 최초의 다섯 행성 중 가장 멀리 공전하는 행성이다. 반면 수성은 0.387 AU의 거리에서 87.97일마다 공전한다. 또한 케플러-7b는 86.5º의 궤도 경사를 가지며, 이는 지구에서 볼 때 궤도가 거의 가장자리 방향임을 의미한다.
2. 3. 대기
천문학자들은 미국 항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경과 스피처 우주망원경의 데이터를 사용하여 케플러-7b의 대기권 지도를 만들었다. 이는 태양계 외권에 대한 첫 대기권 지도였다. 케플러 망원경으로 케플러-7b의 위상 변화에 대한 가시광선 관측을 통해 서반구에 밝은 지점이 있는 대략적인 행성 지도가 만들어졌다.[6] 그러나 이러한 데이터만으로는 밝은 지점이 구름에서 오는지 아니면 열에서 오는지 해독하기에 충분하지 않았다. 스피처 우주 망원경은 이 질문에 답하는 데 중요한 역할을 했다.2. 3. 1. 대기 온도 및 구성 성분
케플러-7b는 주 항성에 가깝게 공전하는 핫 쥬피터로, 목성형 외계 행성이다. 항성에 가깝게 위치해 평형 온도는 높으며, 약 1540 K로 측정된다. 하지만 케플러가 발견한 최초의 다섯 행성 중에서는 두 번째로 시원하며, 케플러-6b만이 더 시원하다. 이는 목성보다 12배 이상 뜨겁다. 케플러-7b는 목성 질량의 0.433배에 불과하지만, 항성에 가깝게 위치해 반지름은 목성의 1.478배로 팽창했다. 이 때문에 평균 밀도는 0.166 g/cm3으로, 발포 폴리스티렌과 거의 같다. 케플러-7b가 발견될 당시에는 WASP-17b (0.49 ''M''J; 1.66''R''J)만이 더 낮은 밀도를 가진 것으로 알려졌다. 이처럼 낮은 밀도는 현재의 표준적인 행성 형성 이론으로는 예측되지 않는다.케플러-7b는 0.06224AU의 거리에서 4.8855일마다 모항성을 공전하며, 케플러가 발견한 최초의 다섯 행성 중 가장 멀리 공전하는 행성이다. 반면 수성은 0.387 AU의 거리에서 87.97일마다 공전한다. 또한 케플러-7b는 86.5º의 관측된 궤도 경사를 가지며, 이는 지구에서 볼 때 궤도가 거의 가장자리 방향임을 의미한다.
2. 3. 2. 대기권 지도
케플러 우주망원경과 스피처 우주망원경의 관측 데이터를 토대로 케플러-7b의 대기권 지도가 만들어졌다. 이것은 태양계 외권에 대한 첫 대기권 지도였다. 케플러 우주망원경의 가시광선 관측을 통해 서쪽 반구에서 밝은 부분이 발견되었으나, 이 데이터만으로는 밝은 부분이 대기권의 구름 때문인지, 아니면 행성의 열 때문인지 판독하기 어려웠다. 스피처 우주망원경이 이 문제를 해결하는 데 결정적인 역할을 하였다.UC 산타 크루즈의 천문학과 천체물리학 교수 조나단 포트니는 "이 구름들은 행성이 약 537.8°C 이상이기 때문에 암석과 철로 구성되었을지 모른다."라고 말했다. 메사츄세츠 공과 대학의 브라이스-올리비에 데모리는 "대양과 대륙은 발견할 수 없었으나 행성 구름을 설명할 분명한 반영할만한 증거가 발견되었다."라고 기록했다. 나사의 에임스 연구센터의 케플러 과학자인 토마스 바클레이는 "지구와 다르게 이 행성의 구름은 시간에 따라 별로 변화하지 않아 보인다. —이 행성은 굉장히 안정적인 기온을 가지고 있다."라고 말했다.
케플러-7b는 항성에 가깝게 공전하는 핫 쥬피터로, 목성형 외계 행성이다. 항성에 가깝게 위치해 평형 온도는 약 1540 K로 측정된다. 하지만 케플러가 발견한 최초의 다섯 행성 중에서는 두 번째로 시원하며, 케플러-6b만이 더 시원하다.
3. 발견
2009년, 미국 항공 우주국(NASA)의 케플러 우주망원경은 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 가려지는 통과법 현상을 탐지하는 광도계의 최종 시험을 완료했다. 케플러 망원경은 케플러 입력 목록에 있는 케플러-7을 포함한 5만여 개의 별을 관측했고, 예비 광도곡선 자료는 분석을 위해 케플러 과학팀에 보내졌다. 케플러-7은 초기 행성 후보 목록에는 포함되지 않았다.
1.3일의 휴식 후, 케플러 망원경은 33.5일 동안 15만 개의 천체를 관측했다. 2009년 6월 15일까지의 자료를 분석하여 식변광성처럼 행성 통과 현상으로 오인될 수 있는 천체를 걸러냈다. 이후 케플러-7은 추가 관측을 통해 행성 후보로 분류되었고, 그 존재가 확인되었다. 케플러-4b, 케플러-5b, 케플러-6b, 케플러-7b, 케플러-8b를 포함한 케플러의 첫 발견은 2010년 1월 4일, 워싱턴 D.C.에서 열린 미국 천문학회 215차 회의에서 공식 발표되었다. 2011년 5월, 케플러-7b에서 반사된 별빛으로 인해 별의 밝기가 변화하는 것이 탐지되었다. 이를 통해 케플러-7b는 0.3의 높은 기하학적 반사율을 가지고 있다는 사실이 밝혀졌다.[7]
3. 1. 케플러 우주망원경
케플러 우주망원경은 행성이 항성 앞을 지나갈 때 발생하는 주기적인 밝기 변화(통과법)를 탐지하여 외계 행성을 찾도록 설계되었다. 2009년, 케플러 망원경은 광도계 최종 시험을 완료하고 케플러-7을 포함한 5만여 개의 별을 관측했다. 예비 광도곡선 자료는 케플러 과학팀에 보내져 분석되었고, 그 결과 케플러-7은 초기 행성 후보 목록에 포함되지 않았다.1. 3일의 휴식 후, 케플러 망원경은 33.5일 동안 15만 개의 천체를 관측했다. 이후 2009년 6월 15일까지 관측된 자료를 분석하여 행성 통과 현상으로 오인될 수 있는 식변광성을 걸러냈다. 케플러-7은 이 과정에서 행성 후보로 분류되지 않았다.
이후, 케플러-7은 카나리아 제도의 북유럽 광학 망원경에 있는 섬유 공급 에셸 분광기를 사용하여 2009년 10월부터 10일 밤 동안 도플러 분광법으로 관측되었다. 망원경 오차를 줄이기 위해 HD 182488 별을 참고했다. 또한, 미국 애리조나주의 WIYN 천문대에서 스페클 이미징으로 자행성 존재 여부를 확인했지만 발견되지 않았다.
하와이주의 W. M. 켁 천문대의 고해상도 에셸 분광계, 미국 텍사스주의 맥도널드 천문대 할란 J. 스미스 망원경, 로웰 천문대의 프리즘 카메라, 하와이 군도 마우이섬의 할레아칼라 천문대 폴크스 망원경 노스가 도플러 분광법을 통한 행성 후보 분석에 사용되었다. 시선속도 관측 결과, 케플러-7의 광도 곡선 변화는 행성 때문인 것으로 확인되었다.
케플러-4b, 케플러-5b, 케플러-6b, 케플러-7b, 케플러-8b를 포함한 케플러 우주망원경의 첫 발견들은 2010년 1월 4일, 워싱턴 D.C.에서 열린 215번째 미국 천문학회 모임에서 발표되었다. 2011년 5월, 케플러-7b는 별빛의 밝기 변화를 통해 행성에서 반사된 빛이 탐지되었고, 0.3의 높은 기하학적 반사율을 가진 것으로 밝혀졌다.[7]
3. 2. 추가 관측
2009년, 미국 항공 우주국(NASA)의 케플러 우주망원경은 광도계에 대한 최종 시험을 완료했다. 케플러 우주망원경은 행성이 별 앞을 지나가면서 별빛을 가리는 통과법 현상을 감지하도록 설계되었다. 이 시험에서 케플러 망원경은 케플러 입력 목록에 있는 케플러-7을 포함한 5만여 개의 별을 관측했다. 예비 광도곡선 자료는 분석을 위해 케플러 과학팀에 보내졌고, 과학팀은 이 중에서 추가 관측이 필요한 행성 후보들을 선정했다. 케플러-7은 이 초기 목록에는 포함되지 않았다. 1.3일의 휴식 후, 케플러 망원경은 33.5일 동안 15만 개의 관측 대상을 탐색했고, 2009년 6월 15일까지 수집된 자료는 가양성 여부를 확인하기 위해 분석되었다. 케플러-7은 식쌍성과 같이 행성 통과 현상과 유사한 광도곡선을 보이는 경우가 아니었기 때문에, 행성 후보로 분류될 수 있었다.이후 케플러-7은 도플러 분광학과 스페클 이미징 등 추가적인 관측을 통해 그 존재가 확인되었다. 케플러-4b, 케플러-5b, 케플러-6b, 케플러-7b, 케플러-8b를 포함한 케플러의 첫 발견은 2010년 1월 4일, 워싱턴 D.C.에서 열린 미국 천문학회 215차 회의에서 공식 발표되었다.
2011년 5월, 케플러-7b에서 반사된 별빛으로 인해 별의 밝기가 변화하는 것이 탐지되었다. 이를 통해 케플러-7b는 0.3의 높은 기하학적 알베도를 가지고 있다는 사실이 밝혀졌다.[7]
3. 2. 1. 도플러 분광학
케플러 우주망원경이 수집한 예비 광도곡선 데이터를 바탕으로 케플러-7은 처음에 행성 후보로 분류되지 않았다. 이후 2009년 10월, 카나리아 제도에 있는 북유럽 광학 망원경의 섬유 공급 에셸 분광기를 사용하여 10일 밤 동안 도플러 분광학으로 관측되었다. 이때 망원경 오차를 보정하기 위해 HD 182488 별을 참고했다.행성 존재 가능성을 확인하기 위해, 미국 애리조나 주 WIYN 천문대에서 스페클 이미징 기법으로 자행성(substellar companion) 존재 여부를 확인했다. 자행성이 발견되지 않자, 하와이 W. M. 켁 천문대의 고해상도 에셸 분광기, 미국 텍사스 주 맥도널드 천문대의 할란 J. 스미스 망원경, 로웰 천문대의 프리즘 카메라, 하와이 군도 마우이 섬 할레아칼라 천문대의 폴크스 망원경 노스를 이용하여 행성 후보에 대한 도플러 분광학 분석을 진행했다.
시선속도 관측 결과, 케플러-7의 광도곡선에서 나타나는 밝기 감소 현상이 행성 때문이라는 결론을 내렸고, 케플러-7b의 존재를 확인했다.
3. 2. 2. 스페클 이미징
WIYN 천문대에서 케플러-7b 주변 천체의 존재 가능성을 확인하기 위해 스페클 이미징을 촬영했다. 스페클 이미징으로 동반 천체가 발견되지 않자, 하와이 W.M. 켁 천문대의 고해상도 에셸 분광계, 텍사스 맥도널드 천문대의 Harlan J. 스미스 망원경, 로웰 천문대의 PRISM 카메라, 마우이 할레아칼라 천문대의 폴크스 망원경 북부를 사용하여 행성 후보에 대한 도플러 분광법 분석을 진행했다.3. 3. 학계 보고
2009년, 미국 항공 우주국(NASA)의 케플러 우주 망원경은 별 앞을 행성이 지나갈 때 발생하는 통과 현상을 감지하는 데 사용되는 광도계에 대한 최종 테스트를 완료하고 있었다. 이 테스트에서 케플러 망원경은 케플러 입력 목록에 있는 5만여 개의 별을 관측했는데, 여기에는 케플러-7도 포함되었다. 예비 광도곡선은 분석을 위해 케플러 과학팀에 보내졌고, 이 중에서 명백한 행성 동반체가 있는 후보들이 추가 관측 대상으로 선정되었다. 케플러-7은 초기에 이 후보군에 포함되지 않았다.1.3일의 휴식 후, 케플러 망원경은 33.5일 동안 15만 개의 목표물을 연속 관측했고, 2009년 6월 15일까지 수집된 데이터는 다운로드되어 가양성 여부를 검사받았다. 케플러-7의 후보는 식쌍성과 같이 행성 통과 현상과 유사한 광도 곡선을 보이는 가짜 신호가 아닌 것으로 판명되었다.
이후 케플러-7은 2009년 10월, 카나리아 제도 북유럽 광학 망원경의 섬유 공급 에셸 분광기를 사용하여 10일 밤 동안 도플러 분광법으로 관측되었다. 망원경 오차 보정을 위해 HD 182488 별을 참고했다. 애리조나 WIYN 천문대에서는 별의 스페클 이미징을 촬영하여 근접 동반성 존재 여부를 확인했으나 발견되지 않았다. 하와이 W. M. 켁 천문대의 고해상도 에셸 분광계, 텍사스 맥도널드 천문대의 할란 J. 스미스 망원경, 로웰 천문대의 PRISM 카메라, 마우이 할레아칼라 천문대의 폴크스 망원경 북부가 행성 후보의 도플러 분광 분석에 사용되었다.
방사 속도 관측 결과, 케플러-7의 광도 곡선에서 나타난 밝기 감소는 행성체에 의한 것임이 확인되었고, 이를 통해 케플러-7b의 존재가 입증되었다. 케플러-4b, 케플러-5b, 케플러-6b, 케플러-7b, 케플러-8b를 포함한 케플러 망원경의 첫 발견들은 2010년 1월 4일, 워싱턴 D.C.에서 열린 미국 천문학회 215차 회의에서 공식 발표되었다.
2011년 5월, 케플러-7b에서 반사된 별빛으로 인한 별의 밝기 변화가 감지되었다. 이를 통해 케플러-7b는 0.3의 높은 기하학적 알베도를 가지고 있음이 밝혀졌다.[7]
4. 모항성
케플러-7은 거문고자리에 있는 별로, 케플러 계획으로 발견된 첫 다섯 행성 중 가장 큰 모항성이다. 태양 반지름의 1.84배, 태양 질량의 1.35배로 태양보다 크고 무겁지만, 밀도는 낮다. 유효 온도는 5933K로 태양보다 약간 더 뜨겁다. 주계열성 수명이 거의 끝나가며, 금속성은 0.11 Fe/H로, 태양보다 철이 1.28배 더 많다.
4. 1. 물리적 특징
케플러-7은 케플러 계획을 통해 처음 발견한 다섯 개의 행성 중 가장 큰 항성이며 거문고자리에 위치하고 있다. 이 행성의 반지름은 태양의 1.84배, 질량은 태양 질량의 1.35배로 태양보다 더 크고 질량이 크지만 밀도는 낮다. 유효 온도는 5933 K로 태양보다 약간 더 뜨거우며, 주계열성의 수명을 거의 다하였다. 금속성은 0.11 Fe/H(철/수소)로, 태양보다 철이 1.28배 더 많다.4. 2. 진화 단계
케플러-7은 주계열성 단계의 끝에 가까워지고 있다. 이 별의 금속함량은 [Fe/H] = 0.11인데, 이는 태양보다 철의 함량이 128% 더 많다는 것을 의미한다.참조
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A Comprehensive Study of Kepler Phase Curves and Secondary Eclipses: Temperatures and Albedos of Confirmed Kepler Giant Planets
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Inference of Inhomogeneous Clouds in an Exoplanet Atmosphere
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The High Albedo of the Hot Jupiter Kepler-7B
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Kepler-7b: A Transiting Planet with Unusually Low Density
http://arxiv.org/pdf[...]
Kepler Mission
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