COROT

3. 설계

COROT의 주 계약자는 프랑스 우주국(CNES)이었다.^[21] 개별 부품들은 CNES에 전달되어 조립되었다. 데이터 획득 및 전처리 전자 장치를 수용하는 CoRoT 장비 베이는 파리 천문대의 LESIA 연구소에서 제작되었으며, 완성하는 데 60 인년이 소요되었다.^[21] 기기 설계 및 제작은 파리 천문대, 마르세유 천체 물리학 연구소, 오르세의 Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS), 벨기에의 리에주 우주 센터 (CSL), 오스트리아의 IWF, 독일의 DLR (베를린) 및 ESA 연구 및 과학 지원 부서에서 수행했다. 30cm 무초점 망원경 Corotel은 알카텔 알레니아 스페이스가 칸 만델리유 우주 센터에서 제작했다.

3. 1. 우주선 설계

3. 2. 임무 설계

COROT는 외계 행성 연구를 위해 11등급에서 16등급 사이의 수천 개 별의 밝기를 기록했다. 11등급보다 밝은 별은 CCD 감지기를 포화시켜 부정확한 데이터를 생성했고, 16등급보다 어두운 별은 행성 탐지에 충분한 광자를 제공하지 못했다. COROT는 14등급보다 밝은 별을 공전하는 지구보다 두 배 큰 암석형 행성을 탐지할 수 있을 만큼 민감했으며,^[17] 전체 등급 범위에서 새로운 가스 행성을 발견할 것으로 예상되었다.^[18]

COROT는 별진동학 연구도 수행하여 별의 음향 맥동과 관련된 광도 변화를 감지했다. 이를 통해 별의 질량, 나이, 화학적 조성을 계산하고 태양과 다른 별을 비교할 수 있었다. 각 시야에는 별진동학 연구를 위한 주요 대상 별이 하나 있었고, 최대 9개의 다른 대상이 있었다. 데이터 처리 장치 1호 손실 후 관측 대상 수는 절반으로 줄었다.

미션은 2006년 12월 27일 러시아 소유즈 2-1b 로켓이 위성을 고도 827km의 원형 극궤도로 발사하면서 시작되었다. 첫 과학 관측은 2007년 2월 3일에 시작되었다.^[19] 미션 비용은 1.7억유로였으며, 75%는 프랑스 우주국 CNES가, 25%는 오스트리아, 벨기에, 독일, 스페인, 브라질 및 유럽 우주국(ESA)이 기여했다.^[20]

4. 관측

COROT 팀은 미션 시작 전에 COROT이 지구보다 몇 배나 큰 행성만 감지할 수 있고, 생명 가능 행성을 감지하기 위한 특별한 설계는 되어 있지 않다는 점을 언급했다. 첫 번째 성과를 발표하는 보도 자료에 따르면, COROT의 장치는 예상보다 더 높은 정밀도로 작동하여 작은 별을 짧은 주기로 공전하는 지구 정도 크기의 행성을 감지할 가능성이 있다고 했다.

트랜짓 방법에서는 최소 2번의 행성 트랜짓을 감지해야 하므로, 감지되는 행성은 궤도 주기가 75일보다 짧은 것이 대부분이다. 트랜짓이 1번만 감지된 행성 후보도 발견되었지만, 이러한 행성 후보의 실제 궤도 주기와 관련해서는 불확실성이 남아 있다.

태양계에서 보았을 때 외계 행성이 별을 트랜짓하는 위치 관계에 있는 비율은 낮으므로, COROT이 관측한 영역 안에 있는 외계 행성 중 극히 일부만 감지될 것이다. 행성이 별을 트랜짓하는 모습을 관측할 가능성은 행성의 공전 궤도 크기에 반비례하므로, 별에서 떨어진 궤도로 공전하는 행성보다 가까운 거리를 공전하는 행성이 더 감지되기 쉽다. 또한 트랜짓 방법은 큰 행성을 감지하기 쉽다는 바이어스가 걸린다. 이것은 지구형 행성에 의한 얕은 트랜짓보다 거대 행성의 깊은 트랜짓을 더 쉽게 감지할 수 있기 때문이다.

5. 데이터 처리 장치 고장

2009년 3월 8일, COROT 위성은 우주선에 탑재된 두 개의 광 검출기 체인 중 하나에서 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치 1번과의 통신이 두절되었다. 4월 초, 데이터 처리 장치 2번이 정상 작동하면서 과학 운용이 재개되었다. 광 검출기 체인 1번의 손실로 별진동학 전용 CCD 1개와 행성 탐지 전용 CCD 1개가 손실되었다. 이로 인해 위성의 시야는 50% 감소했지만, 관측 품질 저하는 없었다. 채널 1의 손실은 영구적인 것으로 보인다.^[149]

6. 후속 관측 프로그램

행성 통과 현상 발견 속도는 통과 후보의 행성 특성을 확인하기 위해 필요한 지상 기반 후속 관측의 필요성에 의해 결정된다. 모든 CoRoT 대상의 약 2.3%에서 후보 탐지가 이루어졌지만, 주기적인 통과 현상을 찾는 것만으로는 행성 발견을 주장하기에 충분하지 않다. 항성 쌍성과 같이 통과 행성을 모방할 수 있는 여러 구성이 있거나, 광도 곡선에서 혼합된 빛이 통과 현상과 유사한 현상을 재현할 수 있는 대상 별에 매우 가까운 어두운 별이 식현상을 겪기 때문이다.

먼저 광도 곡선에서 2차 식현상이나 V자형 통과의 힌트를 찾아 통과 현상의 항성적 특성을 나타내는지 검색한다. 더 밝은 대상의 경우, 외계 행성 CCD 앞의 프리즘은 3가지 색상으로 측광 데이터를 제공하여 3개의 채널에서 서로 다른 통과 깊이를 갖는 행성 후보를 거부할 수 있게 해준다. 이는 쌍성의 전형적인 동작이다. 이러한 테스트를 통해 후보 탐지의 83%를 기각할 수 있으며,^[23] 나머지 17%는 전 세계 망원경 네트워크에서 측광 및 시선 속도 후속 관측을 통해 선별된다.

대상 근처에서 희석된 식 쌍성에 의한 오염 가능성을 배제하기 위해 필요한 측광 관측은^[24] 여러 1m급 장비를 사용하여 수행되지만, 독일의 2m 타우텐부르크 망원경과 하와이의 3.6m CFHT/메가캠도 사용한다. 시선 속도 후속 관측을 통해 쌍성 또는 심지어 다중 항성계를 기각하고, 충분한 관측이 주어지면 발견된 외계 행성의 질량을 제공할 수 있다. 시선 속도 후속 관측은 고정밀 분광기인 SOPHIE, HARPS 및 HIRES를 사용하여 수행된다.^[25]

후보의 행성적 특성이 확립되면, 별의 매개변수를 정확하게 결정하기 위해 고해상도 분광법이 호스트 별에 대해 수행되며, 이를 통해 추가적인 외계 행성 특성을 파생할 수 있다. 이러한 작업은 UVES 분광기 또는 HIRES와 같은 대구경 망원경으로 수행된다.

흥미로운 통과 행성은 적외선 스피처 우주 망원경을 통해 추가로 후속 관측을 수행하여 다른 파장에서 독립적인 확인을 제공하고 행성이나 대기의 조성을 통해 반사된 빛을 감지할 수 있다. CoRoT-7b와 CoRoT-9b는 이미 스피처로 관측되었다.

IRa01,^[26] LRc01,^[27] LRa01,^[28] SRc01^[29] 필드의 행성 후보의 후속 관측 결과를 발표하는 논문이 출판되었다. 2019년 4월에는 외계 행성 탐색 결과 요약이 발표되었으며,^[30] 37개의 행성과 갈색 왜성이 확인되었고, 추가로 100개의 행성 후보가 아직 검증되어야 한다. 때로는 대상 별의 희미함이나 높은 회전 속도 또는 강한 항성 활동과 같은 특성으로 인해 행성 후보의 특성이나 질량을 명확하게 결정할 수 없는 경우가 있다.

7. 발견

COROT는 2007년에 최초로 외계 행성 발견을 보고했는데, 이때 발견된 것은 뜨거운 목성인 CoRoT-1b와 CoRoT-2b였다. 2008년 5월에는 유럽 우주국(ESA)이 목성 크기의 CoRoT-4b와 CoRoT-5b를 발견했고, CoRoT-3b라는 무거운 천체도 함께 발견했다.

2009년 2월, 첫 번째 COROT 심포지엄에서 슈퍼 지구 CoRoT-7b가 발견되었다고 발표되었다. 이 행성은 반지름이 지구 반지름의 1.58배로, 당시까지 발견된 외계 행성 중 가장 작은 것이었다. 같은 행성계에서 통과 현상을 일으키지 않는 CoRoT-7c와 새로운 뜨거운 목성 CoRoT-6b도 함께 발표되었다.

2010년 3월에는 CoRoT-9b가 발견되었다. 이 행성은 궤도 주기가 95.3일로 길고, 수성과 비슷한 궤도를 가진다.^[151] 같은 해 6월, COROT 팀은 CoRoT-8b, CoRoT-10b, CoRoT-11b, CoRoT-12b, CoRoT-13b, CoRoT-14b 등 6개의 새로운 행성과 갈색 왜성 CoRoT-15b를 발견했다고 발표했다.^[152] CoRoT-8b를 제외한 나머지 행성들은 목성 크기였으며, CoRoT-8b는 토성과 해왕성 중간 정도의 크기였다.

2011년 6월, 두 번째 COROT 심포지엄에서 CoRoT-16b, CoRoT-17b, CoRoT-18b, CoRoT-19b, CoRoT-20b, CoRoT-21b, CoRoT-22b, CoRoT-23b, CoRoT-24b, CoRoT-24c 등 10개의 새로운 외계 행성이 추가로 발견되었다.

2019년 1월 기준으로 COROT가 발견한 외계 행성은 31개이며(갈색 왜성 포함 시 37개), 아직 확인되지 않은 행성 후보는 557개이다.

COROT의 주요 외계 행성 발견 성과는 다음과 같다.

• CoRoT-1b: COROT가 처음으로 발견한 뜨거운 목성으로, 가시광선에서 이차 식 현상이 검출된 최초의 외계 행성이다.
• CoRoT-3b: 갈색 왜성과 행성의 중간적 성질을 가진 천체로, 목성 질량의 22배에 달하는 질량을 가지고 있다.
• CoRoT-7b: 지구와 비슷한 조성 및 밀도를 가진 지구형 행성으로, 최초로 발견된 암석 행성이다. 공전 주기는 20.5시간으로 매우 짧다.
• CoRoT-9b: 태양계 행성과 비슷한 온도를 가진 최초의 트랜싯 행성이며, 발견 당시 궤도 주기가 두 번째로 긴 외계 행성이었다.

아래 표는 COROT가 발견한 갈색 왜성과 후속 관측을 통해 발견된 비이동 행성 목록이다.

7. 1. 별진동학 및 항성 물리학

'''별의 진동 모드의 몇 가지 예'''

이 방법을 태양에 적용한 것을 일진동학이라고 하며, 수십 년 동안 연구가 진행되어 왔다. 태양 표면에서의 헬륨의 존재도는 일진동학에 의해 처음으로 매우 정확하게 유도되었으며, 태양의 구조에서 미시적인 확산의 중요성을 명확하게 보여주었다. 일진동학 분석에서는 태양 내부의 자전 분포, 대류층의 정확한 범위, 헬륨 이온화 영역의 위치 등이 밝혀졌다.

기술적인 과제는 크지만, 동일한 분석을 별에 적용하는 것은 매력적이었다. 지상 관측에서는 이러한 분석을 수행할 수 있는 대상이 센타우루스자리 α별이나 프로키온, 처녀자리 β별과 같은 태양에 가까운 별로 제한되었다. 목표는 최소 1 ppm의 매우 작은 광도 변화를 감지하고, 이러한 밝기 변동에 해당하는 주파수를 추출하는 것이다. 이를 정밀하게 조사하여 별의 전형적인 주파수 스펙트럼을 생성한다. 별의 유형 및 진화 상태에 따라 진동 주기는 수분에서 수 시간 사이로 변화한다. 이러한 현상을 관측하기 위해서는 주야 변화에 영향을 받지 않는 긴 관측 시간이 필요하다. 따라서 우주 공간에서의 관측은 별진동학을 수행하는 데 이상적인 환경이다. 별의 미세한 변동성을 밝히고 ppm 수준에서 진동을 측정함으로써, COROT는 지금까지 어떤 지상 관측에서도 달성할 수 없었던 새로운 별의 모습을 제공했다.

• 태양 이외의 별에서 태양과 유사한 진동의 첫 검출
• 적색 거성에서의 비반경 진동의 첫 검출
• 대질량별에서의 태양과 유사한 진동의 검출
• δ 방패 별에서 수백 개의 주파수 발견
• Be별의 분출 시 주파수 스펙트럼의 극적인 시간적 진화
• 천천히 맥동하는 B형 별 (SPB)의 중력 모드에서 일정한 주기에서의 벗어남 첫 검출

7. 1. 1. 주계열성의 화학적 혼합 영역

7. 1. 2. 항성 표층 구조

7. 1. 3. 적색 거성과 은하계 화학 진화

7. 1. 4. 대질량 별

• '''세페이드 베타형 변광성:''' 이들의 별진동학적 분석은, 추가적인 혼합 영역의 확장을 일대일로 대응시키는 것이 쉽지 않음을 보여준다. 세타 뱀주리별 모델링에는 좀 더 넓은 혼합 영역이 필요하지만, HD 129929, 베타 큰개자리, 델타 고래자리, 12 도마뱀자리의 경우에는 혼합 영역이 작은 것으로 보인다. HD 180642나 뉴 에리다누스자리는 혼합 영역이 없을 수도 있다. 혼합 영역의 확장과 별의 자전 속도나 자기장과의 관련성은 흥미로운 문제이다. 뱀주자리 V2052별의 별진동학적 분석에서는 빠른 자전 때문에 넓은 혼합 영역이 예상됨에도, 이론 모델에서는 혼합 영역이 없을 가능성이 있다고 한다. 이 별에서 검출된 자기장이 혼합 영역 부재의 이유일 수 있다.
• '''Be별:''' 후기 Be별인 HD 181231과 HD 175869는 매우 빠르게 자전하는 별이며, 태양 자전 속도의 20배나 된다. 이들의 별진동학적 분석 결과, 대류만으로는 예상되는 것보다 약 20% 더 큰 중심부 혼합 영역이 필요한 것으로 보인다. 또 다른 Be별 HD 49330 관측에서는 놀라운 결과가 나왔다. 이 별에서 자주 발생하는 별 주위 원반을 향한 물질 분출(아웃버스트) 동안, COROT 관측에서 주파수 스펙트럼이 크게 변하는 것이 밝혀졌다. 처음에는 음향 모드가 지배적이었지만, 분출과 일치하는 진폭을 가진 중력 모드가 스펙트럼에 나타났다. 여기 모드의 성질과 동적인 현상의 관련성은 Be별 내부 구조 연구에 중요한 정보가 된다.
• '''O형별:''' COROT는 여러 O형별을 관측했다. 그중 NGC 2264의 HD 46150과 HD 46223, OB협회 Mon OB2의 HD 46966은 펄서가 아닌 것으로 보이며, 이는 비슷한 매개변수를 가정한 별의 이론 모델과 일치하지 않는다. 반면, 플래스킷별 (HD 47129)의 주파수 스펙트럼은 이론 모델에서 예측되는 주파수 영역에서 6개의 공명을 동반한 피크를 나타냈다.

• '''V1449 독수리자리 (HD 180642):''' COROT 관측 대상인 이 별은 세페이드 베타형 변광성이며, 주파수 스펙트럼은 고주파수에서 매우 작은 진폭의 음향 모드를 나타낸다. 정밀 분석 결과, 철 불투명도가 극대화되는 대류 영역이나 대류 핵에서 발생한 난류 거품에 의해 태양과 비슷한 진동이 여기된다는 것이 밝혀졌다. 철 불투명도 극대 영역에서 작용하는 카파 메커니즘에 의해 여기된 맥동이 같은 영역에서 확률적으로 여기된 맥동과 공존하는 것이 처음 발견되어 큰 의미가 있다. 이 때문에 맥동 발견자인 Kevin Belkacem은 V1449 독수리자리에 키마이라를 따라 ''키마이라''라고 이름 붙였다. 위 그림은 V1449 독수리자리 주파수 스펙트럼의 두 모드를 나타낸다. (가로축: 시간, 세로축: 주파수) 위는 태양과 유사한 진동 모드, 아래는 세페이드 베타형 변광성에서 보이는 진동 모드이다. 태양 유사 진동 모드의 확률적 성질은 시간이 지남에 따라 주파수가 불안정하고, 수 µHz의 주파수 확산이 나타난다는 점에서 드러난다. 세페이드 베타형 변광성에서 보이는 좁은 주파수 영역에서 안정적으로 지속되는 아래 모드와는 뚜렷한 차이를 보인다.
• '''HD 46149:''' 태양과 유사한 진동은 나중에 쌍성계의 더 무거운 O형별 HD 46149에서도 발견되었다. 쌍성이라는 점과 별진동학에서 얻은 제약을 결합하여 쌍성계의 궤도 요소와 별의 전반적인 성질을 결정할 수 있었다.

7. 1. 5. 산개성단 NGC 2264

7. 1. 6. 쌍성계

• '''AU Monocerotis''': 이 반분리형 쌍성계는 G형 별 동반성과 상호작용하는 Be 별을 포함하고 있다. CoRoT에 의한 관측은 매우 높은 품질의 광도곡선을 제공했다. 이를 통해 전체적인 매개변수를 개선할 수 있었고, 궤도 운동뿐만 아니라 다른 장기적인 변화에 대한 새로운 역기원을 도출할 수 있었다. 이러한 장주기 변화는 주변 먼지에 의한 주기적인 빛의 감쇠에서 비롯된 것으로 보인다.^[84]
• '''HD 174884''': 두 개의 B형 별로 구성된 고편심도(e=0.29) 및 단주기 쌍성계 HD 174884에서 조석 유도 맥동이 감지되었다.^[85]
• '''CoRoT 102918586''' (별칭 '''CoRoT Sol 1'''): 비교적 밝은 식 시스템 CoRoT 102918586은 CoRoT에 의해 관측된 이중선 분광 쌍성으로, γ 도라두스형 맥동의 명확한 증거를 드러냈다.
• '''HR 6902''': 적색 거성과 B형 별을 포함하는 쌍성계 HR 6902는 CoRoT에 의해 두 번의 관측 동안 관측되었으며, 이를 통해 1차 식뿐만 아니라 2차 식도 완전히 포착할 수 있었다. 이 시스템은 현재 적색 거성의 내부 구조, 특히 새로운 제약을 제공하는 것을 목표로 분석되고 있다.^[86]
• '''저질량 쌍성''': CoRoT에 의해 관측된 쌍성계 중 하나는 0.23 M_⊙의 늦은 M형 별로, 약 3000 K의 추정 유효 온도를 가진 덜 질량적인 구성 요소가 있어 특히 흥미롭다.^[87] 주 구성 요소는 1.5 M_⊙ MS 별이다.
• '''쌍성계의 빔 효과''': CoRoT에 의해 관측된 쌍성계는 식 외부에서 빔 효과 (도플러 부스팅이라고도 함)로 해석되는 변화를 보였다. 이 효과는 관찰자에게 접근하거나 멀어지는 광원의 밝기 변화에서 비롯되며, 진폭은 방사 속도를 광속으로 나눈 값에 비례한다.^[88]

7. 2. 외계 행성

다음 표는 CoRoT에 의해 발견된 갈색 왜성과 후속 관측 프로그램에서 발견된 비이동 행성을 보여준다.

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