헬륨 행성
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1. 개요
헬륨 행성은 헬륨을 주성분으로 하는 대기를 가진 가설상의 행성이다. 헬륨 행성은 뜨거운 가스 행성이 모항성에 가까이 공전하며 수소를 잃거나, 헬륨이 풍부한 백색 왜성의 잔해로 생성될 수 있다. 이러한 행성은 일산화탄소와 이산화탄소가 풍부한 대기를 가지며, 흰색 또는 회색 외관을 띨 것으로 예상된다. 헬륨 행성은 일반적인 가스 행성과 비슷한 크기를 가질 것으로 예측되며, 중수소 핵융합을 하지 않기 때문에 갈색 왜성보다 더 무거울 수 있다.
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2. 생성 과정
헬륨 행성은 크게 두 가지 과정을 통해 생성되는 것으로 추정된다. 헬륨 행성이 어떻게 형성되는지에 대한 몇 가지 가설은 다음과 같다.
- 글리제 436 b이 헬륨 행성으로 진화하는 과정
2. 1. 가스 행성에서의 수소 증발
헬륨 행성은 모항성에 가까이 위치한 뜨거운 목성과 같은 가스 행성에서 수소가 증발하여 생성될 수 있다. 항성에서 방출되는 강력한 에너지로 인해, 가장 가벼운 원소인 수소는 대기탈출을 통해 우주 공간으로 쉽게 탈출한다.[5] 시간이 지나면서 수소는 고갈되고, 상대적으로 무거운 헬륨의 비율이 높아진다.[4][5] 이 과정은 행성 및 별의 특성과 물리적 조건에 따라 약 100억 년이 소요될 수 있다.
수소 손실은 대기 중 메탄 고갈로도 이어진다. 얼음 거성에서 메탄은 자연적으로 용해, 증발, 분해, 재결합 및 응축의 순환을 거치지만, 수소가 고갈되면 탄소 원자가 자유 수소와 재결합하지 못해 메탄이 손실된다.[2] 이러한 과정을 통해 글리제 436 b가 헬륨 행성으로 진화하고 있을 가능성이 제기된다.
2. 2. 백색왜성 잔해
헬륨이 풍부한 백색왜성의 잔해가 헬륨 행성으로 이어질 수 있다는 가설이 있다. 적색왜성과 같이 질량이 작은 항성은 진화 과정에서 질량 대부분을 행성상성운 형태로 잃고, 헬륨이 풍부한 중심핵만 남는다. 이 중심핵이 헬륨 행성으로 이어질 수 있다.[6] 다른 가설로는, 쌍성계에서 한 별이 다른 별로 물질을 전달하는 과정에서 수소가 고갈되고 헬륨이 주성분으로 남는다는 이론 모델이 있다.[4] 이때, 근접한 별이 다른 원소들을 빼앗는 양이 많아져 헬륨 행성이 될 가능성도 제기된다.[7][5]사냥개자리 AM성은 헬륨 핵에 헬륨 강착 원반을 가진 백색 왜성이며, 가벼운 쪽에서 무거운 쪽으로 질량 이동이 진행되는 공생 쌍성계로 여겨진다. 질량 대부분을 잃은 가벼운 쪽 백색 왜성은 행성 질량에 가까워진다.[3] 이러한 현상은 AM CVn형 공생 쌍성에서도 나타나는데, 질량이 작은 백색 왜성에서 질량이 큰 백색 왜성으로 질량이 이동하면서 형성된 원형 이중 헬륨 강착 원반에 둘러싸인다. 질량 대부분을 잃은 작은 백색 왜성은 행성 질량에 가까워질 수 있다.[1]
3. 특징
헬륨 행성은 대기 중에 일산화탄소와 이산화탄소가 많을 것으로 예상된다.[4] 수소가 대기탈출에 성공하여 탄소와 결합할 수소가 고갈되어 타 물질과 결합되기 때문이다.[5] 대기의 조성 성분에 따라 외계행성의 겉모습은 흰색이나 회색으로 예상된다.
헬륨 행성은 대기 중의 일산화 탄소와 이산화 탄소의 강한 증거로 일반적인 수소 지배 행성과 구별될 것으로 예상된다. 수소 고갈로 인해 대기 중의 예상되는 메테인은 탄소가 결합할 수소의 부재로 인해 형성될 수 없으며, 따라서 탄소는 대신 산소와 결합하여 CO와 CO2를 형성한다. 대기 조성으로 인해 헬륨 행성은 흰색 또는 회색으로 보일 것으로 예상된다.[2] 이러한 특징은 일산화 탄소가 우세하며 헬륨 행성으로 추정되는 글리제 436 b에서 발견될 수 있다.[2]
헬륨 행성은 동일한 정도의 질량을 가진 일반적인 가스 행성과 거의 같은 반지름을 가질 것으로 예측된다. 13목성 질량보다 무거운 천체는 중수소 핵융합을 일으키므로 갈색 왜성으로 분류되지만, 헬륨 행성은 중수소를 가지고 있지 않고, 더 이상 연료로 사용할 물질이 남아 있지 않다는 이유로 13목성 질량을 초과하더라도 갈색 왜성이 아닌 행성으로 분류된다.
참조
[1]
논문
Mass-Radius Relationships for Solid Exoplanets
[2]
뉴스
Helium-Shrouded Planets May Be Common in Our Galaxy
http://www.spacedail[...]
SpaceDaily
2015-06-16
[3]
논문
Mass-Radius Relationships for Solid Exoplanets
[4]
뉴스
“우리 은하계에 ‘헬륨 행성’ 매우 흔해” – NASA 연구
http://nownews.seoul[...]
2020-05-10
[5]
저널
Mass-Radius Relationships for Solid Exoplanets
[6]
문서
쌍성, 항성의 위치 이동으로 인한 근접
[7]
문서
수소, 철, 규소, 산소, 탄소 등
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