HAT-P-11 b

1. 개요

HAT-P-11 b는 2010년 발견된 외계 행성으로, HATNet 프로젝트 팀에 의해 처음으로 식 현상이 감지되었다. 지상 기반 식 탐색으로 발견된 가장 작은 반경의 외계 행성 중 하나였으며, 2014년에는 해왕성형 외계 행성 중 처음으로 수증기 존재가 확인되었다. 2021년에는 외계 행성 중 최초로 자기권이 발견되었다. 이 행성은 핫 넵튠으로, 별의 자전에 대해 103° 기울어진 궤도를 가지며, 질량의 10%만이 수소와 헬륨으로 구성되어 있다.

2. 발견

HAT-P-11b는 HATNet 프로젝트 팀이 2004년과 2005년에 촬영한 이미지를 분석하여 처음 식 현상을 감지하였고, 이후 W. M. 켁 천문대의 시선 속도 측정을 통해 존재가 확인되었다. 발견 당시 이 행성은 지상 망원경을 이용한 식 탐색으로 발견된 외계 행성 중 가장 반지름이 작았으며, 케플러 우주선의 초기 관측 시야 내에 위치한 행성이기도 했다.

이 행성은 백조자리 방향으로 약 123 광년 거리에 있는 K형 주계열성 HAT-P-11 주위를 공전한다. 크기는 지구 반지름의 약 5배, 질량은 약 26 지구 질량으로 글리제 436 b보다 크다. 모항성과의 거리는 페가수스자리 51 b와 비슷하지만, 핫 넵튠으로서는 이례적으로 높은 0.198의 궤도 이심률을 가진다. 발견 과정에서 관측된 시선 속도의 선형적인 경향은 항성계 내 다른 행성의 존재 가능성을 시사했다.

2.1. 탐색 과정

HATNet 프로젝트 팀은 2004년과 2005년에 HAT-6 및 HAT-9 망원경으로 촬영한 11,470장의 이미지를 분석하여 처음으로 HAT-P-11b의 식 현상을 감지했다. 이후 W. M. 켁 천문대의 HIRES 시선 속도 분광기로 측정한 50개의 시선 속도 데이터를 통해 이 행성의 존재를 최종 확인했다.

HAT-P-11b는 발견 당시 지상 망원경을 이용한 식 탐색 방법으로 발견된 외계 행성 중 가장 반지름이 작은 행성이었다. 또한, 케플러 우주선의 초기 관측 시야 안에 있던, 이미 알려진 세 개의 식 현상 행성 중 하나이기도 했다.

한편, 관측된 시선 속도 데이터에서 선형적인 경향이 나타나 HAT-P-11 항성계에 또 다른 행성이 존재할 가능성이 제기되었다. 이 추가 행성은 2018년에 HAT-P-11c로 확인되었다.

2.2. 추가 관측

HAT-P-11b의 시선 속도 측정 데이터에서 선형적인 경향이 나타나, 이 항성계에 또 다른 행성이 존재할 가능성이 제기되었다. 이후 2018년, 추가 행성인 HAT-P-11c의 존재가 실제로 확인되었다.

2014년에는 NASA 등 공동 연구팀이 세 개의 다른 우주 망원경으로 얻은 관측 데이터를 종합적으로 분석하여, HAT-P-11b의 대기에서 수증기 분자를 검출하는 데 성공했다. 이는 해왕성 크기의 외계 행성 대기에서 수증기가 확인된 첫 사례였다.

2021년에는 허블 우주 망원경의 관측 데이터를 활용한 애리조나 대학교 연구팀의 분석을 통해, 외계 행성으로서는 최초로 자기권의 존재가 확인되었다.

2.3. 추가 행성

HAT-P-11b를 발견하는 과정에서 W. M. 켁 천문대의 HIRES 분광기로 측정한 시선 속도 데이터에 선형적인 경향이 나타났다. 이는 이 항성계에 또 다른 행성이 존재할 가능성을 시사하는 것이었다. 이후 2018년, 이 추가 행성인 HAT-P-11c의 존재가 확인되었다.

3. 물리적 특징

HAT-P-11 b는 지구 반지름의 약 5배 크기이며, 질량은 약 26 지구 질량으로 글리제 436 b보다 크다. 발견 당시에는 통과 방법으로 발견된 가장 작은 외계 행성이었다.

3.1. 궤도

이 행성은 중심별 HAT-P-11 주위를 디미디움이 헬베티오스로부터 떨어진 거리와 거의 비슷한 거리에서 공전한다. 이는 통과 행성의 전형적인 특징이다. 하지만 이 행성의 궤도 이심률은 약 0.198로, 핫 넵튠으로서는 이례적으로 크다. 또한 HAT-P-11b의 궤도는 중심별의 자전축에 대해 약 103° 기울어져 있어 매우 큰 궤도 경사를 가진다.

이 행성계의 시선 속도는 아직 정확히 측정되지 않았는데, 이는 아직 발견되지 않은 다른 행성의 영향 때문일 수 있다.

HAT-P-11 행성계는 지구로부터 백조자리 방향으로 약 123 광년 거리에 있으며, 케플러 우주 망원경의 관측 시야 안에 포함되어 있다.

3.2. 구성 성분

이 행성은 질량의 약 10%만이 수소와 헬륨으로 이루어져 있으며, 나머지 90%는 주로 무거운 원소로 구성된 것으로 추정된다. 이는 아워할리와 유사한 구성이다. 행성의 평형 온도는 878 ± 15 K으로 추정된다.

2014년 9월 24일, NASA는 HAT-P-11b가 상대적으로 구름이 없는 대기를 가진 최초의 해왕성 크기 외계 행성이며, 수증기 분자가 발견된 최초의 사례라고 발표했다. 이는 상대적으로 작은 외계 행성에서 분자가 확인된 첫 경우이기도 하다.

2009년 프랑스 천문학자들은 이 행성에서 약한 비편광 전파 신호를 감지했다고 보고했으나, 2010년 재관측에서는 확인되지 않았다. 만약 이 신호가 실제였다면, 토성에서 관측되는 것과 유사한 강력한 번개 폭풍 때문일 수 있다.

2021년 12월에는 HAT-P-11b에서 자기권의 존재를 시사하는 증거가 발견되었는데, 이는 외계 행성에서 자기권이 확인된 최초의 사례일 가능성이 있다.

4. 대기 및 자기권 관측

(내용 없음)

4.1. 수증기 발견

2014년 9월 24일, NASA는 HAT-P-11b가 상대적으로 구름이 없는 대기를 가진 최초의 해왕성 크기 외계 행성이며, 또한 상대적으로 작은 외계 행성에서 분자, 즉 수증기가 발견된 최초의 사례라고 보고했다. 같은 해 NASA 등의 연구팀은 세 개의 우주 망원경 관측 데이터를 조합하여 빛의 파장을 분석함으로써, 이 행성의 대기에 물 분자가 존재함을 확인했는데, 이는 해왕성형 외계 행성으로는 처음으로 수증기의 존재가 확인된 사례이다.

4.2. 전파 신호

2009년 프랑스 천문학자들은 이 외계 행성에서 약한 비편광 전파 신호가 감지되었다고 생각했으나, 2010년 재관측에서는 신호를 확인하지 못했다. 만약 이 신호가 실제 존재했다면, 토성에서 관측되는 것과 유사한 강렬한 번개 폭풍 때문일 것으로 추정된다.

4.3. 자기권 발견

2021년 12월, 허블 우주 망원경의 데이터를 활용한 애리조나 대학교 등의 연구를 통해 HAT-P-11b에서 자기권의 증거가 발견되었다. 이는 외계 행성에서 자기권이 확인된 최초의 사례로 여겨진다.