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HR 8799 c

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1. 개요

HR 8799 c는 HR 8799를 공전하는 외계 행성으로, 2008년 11월 HR 8799 b, HR 8799 d와 함께 발견되었다. 이 행성은 직접 촬영 방식으로 발견된 최초의 사례 중 하나이며, 궤도 긴반지름은 42.9 AU로 명왕성의 공전 궤도와 유사하다. 공전 주기는 약 231.7년이며, 4:2:1의 궤도 공명을 하는 것으로 추정된다. HR 8799 c는 목성보다 크고 질량이 크며, 표면 온도는 약 820℃로 높다. 대기에는 수증기와 일산화 탄소가 포함되어 있으며, 산소와 탄소의 비율을 통해 핵 성장 모델에 의해 형성되었음을 알 수 있다.

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HR 8799 c
기본 정보
HR 8799 c (회색)과 목성의 크기 비교
HR 8799 c (회색)과 목성의 크기 비교
발견Marois 외
발견 장소하와이의 켁 천문대 및 제미니 천문대
발견일2008년 11월 13일
발견 방법직접 촬영
별자리페가수스자리
별칭HD 218396c
HR 8799c
궤도 정보
항성HR 8799
궤도 장반경~38 AU
공전 주기~190 y
J 등급14.65 ± 0.17
H 등급13.93 ± 0.17
K 등급13.13 ± 0.08
물리적 특징
평균 반지름1.3 RJ
질량7 ± 3/2 MJ
밀도4.702 g/cm3
표면 온도1090 ± 10/90 K
추가 정보
참고행성의 궤도는 원형이고 정면에서 관찰된다고 가정함.

2. 발견

HR 8799 c는 A형 주계열성 HR 8799 주위를 공전하는 네 개의 행성 중 하나이다. 2008년 11월 13일, W. M. 켁 천문대, 제미니 천문대, 허블 우주 망원경의 적외선 이미지 분석을 통해 HR 8799 b, HR 8799 d와 함께 발견되었다.[19] 이는 행성 자체를 직접 촬영하여 발견된 최초의 사례 중 하나이다.[19]

이 날은 가시광선에서 처음으로 직접 촬영되어 발견된 포말하우트 b도 동시에 발표되었으나[28], 포말하우트 b는 행성이 아닐 가능성도 제기되고 있다.[29][30]

이후 1998년 10월 30일에 허블 우주 망원경으로 촬영한 이미지 안에 HR 8799 b, HR 8799 d와 함께 찍혀 있었다는 사실이 2009년 10월 6일에 밝혀졌다.[32]

2. 1. 발견 과정

2008년11월 13일, HR 8799 b, HR 8799 d와 함께 HR 8799 c의 존재가 발표되었다.[19] HR 8799 b는 2004년7월 14일부터 2008년9월 18일까지 W. M. 케크 천문대, 제미니 천문대, 허블 우주 망원경으로 촬영된 적외선 영역의 이미지에서 발견되었으며, 겉보기 위치의 이동을 통해 HR 8799의 궤도에 있다는 것을 알게 되었다.[19][18][25] 이는 행성 자체를 직접 촬영하여 발견된 최초의 사례이다.[19]

같은 날, 가시광선에서 처음으로 직접 촬영되어 발견된 포말하우트 b도 동시에 발표되었다.[28]

이후, 1998년10월 30일에 허블 우주 망원경으로 촬영한 이미지 안에 HR 8799 b와 HR 8799 d와 함께 찍혀있었다는 것을 2009년10월 6일에 알게 되었다.[32]

2. 2. 밝기

2010년 4월 14일헤일 망원경으로 촬영된 HR 8799 b, HR 8799 c, HR 8799 d코로나그래프 이미지.


HR 8799 c의 밝기[17]
필터파장 (μm)밝기 (등급)
z1.03> 16.48
J1.24814.65 ± 0.17
H1.63313.93 ± 0.17
CH4S1.59214.25 ± 0.19
CH4S1.68113.90 ± 0.19
Ks2.14613.13 ± 0.08
[3.3]3.312.64 ± 0.20
L'3.77611.83 ± 0.07
M4.8> 11.22


3. 궤도

HR 8799 c는 HR 8799에서 두 번째로 멀리 떨어진 행성이다. 궤도 긴반지름은 약 38AU 또는 42.9AU로, 태양계명왕성 궤도와 유사하다. 공전 주기는 약 224.9년 또는 231.7년으로, 현재까지 발견된 외계 행성 중 매우 긴 편에 속한다. HR 8799 b, c, HR 8799 d 행성은 4:2:1의 궤도 공명 관계를 가지고 있을 것으로 추정된다.[20]

3. 1. 궤도 요소

HR 8799 c는 HR 8799에서 두 번째로 멀리 떨어진 행성이다. 궤도 긴반지름은 논문에 따라 38 AU(57억 km)[19] 또는 42.9 AU (64억 2000만 km)[20]로, 태양계명왕성 궤도와 거의 같다. 이 때문에 HR 8799 c의 공전 주기는 224.9년에서 231.7년이다.[20]

2013년 기준으로, 이보다 긴 공전 궤도를 가진 외계 행성은 많지만, 대부분 공전 주기가 불명확하다. 현재까지 확인된 외계 행성 중에서는 뱀주인자리 11 b(2000년)[34], 포말하우트 b(872년)[28], HR 8799 b[19][20] 다음으로 네 번째로 길다. 이심률은 거의 0이며, 궤도 요소는 중심별 HR 8799의 질량 불확실성에 영향을 받는다.[20]

HR 8799 b, HR 8799 c, HR 8799 d는 4:2:1 궤도 공명을 하는 것으로 추정된다.[20]

HR 8799 c의 궤도 요소[20]
궤도 요소
1.47M1.56M
궤도 긴반지름 (AU)42.942.9
공전 주기 (년)231.7224.9
이심률0.00.0
궤도 경사각 (도)28.028.0
근점 인수 (도)불명불명
평균 근점각 (도)35.935.5
마지막 근점 통과 시각1997.51936.7


4. 물리적 특성

HR 8799 c는 목성과 비교하여 직경은 1.2배에서 1.3배이지만, 질량은 7배에서 13배나 된다.[19] 질량 상한은 갈색 왜성의 하한인 13배에 해당하며, 이로 인해 평균 밀도는 7.2g/cm3에 달한다.

HR 8799 c는 중심별인 HR 8799에서 멀리 떨어져 있지만, HR 8799가 태양보다 4.92배 밝고 행성계의 나이가 2000만 년에서 5000만 년[21]으로 젊기 때문에[18] 표면 온도는 약 820°C로 높다.[19] 이 온도로 인해 적외선을 방출하며, 그 광도태양의 1만 분의 1 정도[19], 약 7.7×1021W에 달한다. 하지만 겉보기 등급은 HR 8799의 10만 분의 1 이하로, 겉보기에는 어두운 적색을 띠는 것으로 추정된다.[18]

초대형 망원경 VLT로 촬영된 HR 8799 c의 스펙트럼선은

초대형 망원경 VLT로 촬영된 HR 8799 c의 스펙트럼선.
과 같다. 2010년에는 외계 행성에서 HR 8799 c로부터 방출되는 빛에서 스펙트럼선을 얻었는데, 이는 행성으로 확정된 천체 중 엄폐 등의 간접적인 방법이 아닌 직접 관측으로 스펙트럼선을 얻은 최초의 사례이다.[35]

4. 1. 대기 조성

팔로마 천문대에서 측정한 근적외선 분광법은 암모니아의 증거를 보여주며, 아마도 약간의 아세틸렌이 있을 수 있지만, 이산화 탄소나 상당한 양의 메탄은 없다.[10] 켁 천문대의 OSIRIS 장비를 이용한 고해상도 분광법은 K 밴드에서 행성 대기에서 분자 흡수의 많은 잘 분해된 선을 보여준다. 메탄은 없지만, 행성 대기에는 물과 일산화 탄소가 모두 포함되어 있다. HR 8799 c의 탄소 대 산소 비율은 별보다 높으며, 이는 행성이 핵 성장 모델을 통해 형성되었음을 시사한다.[11][12]

2018년 11월, 연구자들은 켁 천문대에서 고해상도 분광법과 근적외선 적응 광학 (NIRSPAO)을 사용하여 HR 8799c 대기에서 의 존재와 메탄의 부재를 확인했다.[13][14] 2021년에는 행성 대기에서 물과 일산화 탄소의 검출이 발표되었다.[15]

2013년 대기 조성이 관측된 결과, HR 8799 c의 대기 중에는 수증기일산화 탄소가 포함되어 있다는 것이 밝혀졌다. 산소탄소의 비율은 HR 8799 행성계의 생성 조건을 알려주는 중요한 단서가 된다. 원시 행성계 원반에서 가스 행성이 생성되는 주요 모델로는 고체의 코어가 형성된 후 가스를 모아 행성이 형성되는 핵 성장 모델과, 자체 중력으로 급격히 수축되어 생성되는 중력 불안정 모델이 있다.[24] 원시 행성계 원반이 차갑게 식어 얼음이 형성될 시간이 충분하면, 물 분자 형성에 의해 산소가 소비되므로 탄소에 비해 산소가 적어진다. HR 8799 c의 대기 조성은 생성에 시간이 걸리는 핵 성장 모델을 지지하는 결과이다.[22]

HR 8799계를 감싸는 대규모 먼지 원반에는 일산화 탄소, 메탄, 암모니아, 아세틸렌 중 하나 또는 둘 다가 포함되어 있어, 대기 조성과의 관련성이 제기되었다. 먼지의 조성은 HR 8799 c의 분광 관측을 통해 조사되었으나, HR 8799 원반의 조성은 HR 8799로부터의 거리에 따라 크게 변하는 것으로 밝혀졌다.[36][37]

참조

[1] 문서 Value given assuming the planet's orbit is circular and is being observed face-on.
[2] 간행물 Images of a fourth planet orbiting HR 8799 2010
[3] 웹사이트 Exoplanet HR 8799 c https://www.stellarc[...] 2024-07-29
[4] 간행물 Direct Imaging of Multiple Planets Orbiting the Star HR 8799 2008-11
[5] 간행물 Astronomers capture first images of newly-discovered solar system http://www.keckobser[...] W. M. Keck Observatory 2008-11-13
[6] 간행물 Gemini Releases Historic Discovery Image of Planetary First Family http://www.gemini.ed[...] Gemini Observatory 2008-11-13
[7] 뉴스 Scientists Publish First Direct Images of Extrasolar Planets https://www.washingt[...] 2008-11-13
[8] 간행물 Stability of the directly imaged multiplanet system HR 8799: resonance and masses
[9] 간행물 VLT Captures First Direct Spectrum of an Exoplanet https://www.eso.org/[...] 2010-01-13
[10] 간행물 Reconnaissance of the HR 8799 Exosolar System I: Near IR Spectroscopy Cornell University
[11] 웹사이트 Alien planet's atmosphere contains water and carbon monoxide http://www.salon.com[...] 2013-03-14
[12] 웹사이트 Giant Alien Planet in Supersized Solar System May Solve Mystery http://www.space.com[...] 2013-03-14
[13] 뉴스 Exoplanet stepping stones - Researchers are perfecting technology to one day look for signs of alien life https://www.eurekale[...] 2018-11-20
[14] 간행물 Detecting Water in the Atmosphere of HR 8799 c with L-band High-dispersion Spectroscopy Aided by Adaptive Optics 2018-11-20
[15] 간행물 Detection and Bulk Properties of the HR 8799 Planets with High-resolution Spectroscopy
[16] SIMBAD V* V342 Peg -- Variable Star of gamma Dor type https://simbad.u-str[...]
[17] arXiv A Combined Subaru/VLT/MMT 1--5 Micron Study of Planets Orbiting HR 8799: Implications for Atmospheric Properties, Masses, and Formation https://arxiv.org/ab[...]
[18] Gemini Observatory Gemini Releases Historic Discovery Image of Planetary First Family http://www.gemini.ed[...]
[19] arXiv Direct Imaging of Multiple Planets Orbiting the Star HR 8799 https://arxiv.org/ab[...]
[20] arXiv Orbital Motion of HR 8799 b,c, d using Hubble Space Telescope data from 1998: Constraints on Inclination, Eccentricity and Stability https://arxiv.org/ab[...]
[21] arXiv Images of a fourth planet orbiting HR 8799 https://arxiv.org/ab[...]
[22] arXiv Detection of Carbon Monoxide and Water Absorption Lines in an Exoplanet Atmosphere https://arxiv.org/ab[...]
[23] SIMBAD HD 218396c -- Extra-solar Planet Candidate https://simbad.u-str[...]
[24] AstroArts ガス惑星の大気から探る、「太陽系の拡大版」ができるまで https://www.astroart[...]
[25] すばる望遠鏡 すばる、系外惑星の撮影に成功 http://www.naoj.org/[...]
[26] arXiv An accurate distance to 2M1207Ab https://arxiv.org/ab[...]
[27] Department of Terrestrial Magnetism Working Group on Extrasolar Planets Lists of Extrasolar Planets http://www.dtm.ciw.e[...]
[28] arXiv Optical Images of an Exosolar Planet 25 Light Years from Earth https://arxiv.org/ab[...]
[29] アルマ望遠鏡 アルマ望遠鏡が明らかにした、太陽系外惑星のはたらき http://alma.mtk.nao.[...]
[30] ナショナルジオグラフィック ニュース フォーマルハウトb、惑星ではない? https://natgeo.nikke[...]
[31] arXiv Images of a fourth planet orbiting HR 8799 https://arxiv.org/ab[...]
[32] Hubblesite Astronomers Find Elusive Planets in Decade-Old Hubble Data https://web.archive.[...]
[33] HubbleSite Hubble Finds Hidden Exoplanet in Archival Data https://web.archive.[...]
[34] arXiv Defining and cataloging exoplanets: The exoplanet.eu database https://arxiv.org/ab[...]
[35] ESO VLT Captures First Direct Spectrum of an Exoplanet https://www.eso.org/[...]
[36] arXiv Reconnaissance of the HR 8799 Exosolar System I: Near IR Spectroscopy https://arxiv.org/ab[...]
[37] arXiv Cloud formation in colliding flows: influence of the choice of cooling function https://arxiv.org/ab[...]
[38] SIMBAD SIMBAD 질의 결과
[39] 웹인용 HIP 114189 http://webviz.u-stra[...] 2007
[40] 문서 시차로부터 계산한 것임: \scriptstyle \mathrm{distance\ in\ parsecs}=\frac{1000}{\mathrm{parallax\ in\ milliarcseconds}}
[41] 저널 HR 8799: A Link between γ Doradus Variables and λ Bootis Stars https://archive.org/[...] 1999
[42] 저널 Gamma Doradus Stars: Defining a New Class of Pulsating Variables 1999
[43] 저널 Direct Imaging of Multiple Planets Orbiting the Star HR 8799 https://web.archive.[...] 2009-06-21
[44] 문서 Value given assuming the planet's orbit is circular and is being observed face-on.
[45] SIMBAD SIMBAD 질의 결과.
[46] 뉴스 Astronomers capture first images of newly-discovered solar system https://web.archive.[...] W. M. Keck Observatory 2008-11-13
[47] 뉴스 Gemini Releases Historic Discovery Image of Planetary First Family http://www.gemini.ed[...] Gemini Observatory 2008-11-13
[48] 뉴스 Scientists Publish First Direct Images of Extrasolar Planets http://www.washingto[...] The Washington Post Company 2008-11-13
[49] 저널 Stability of the directly imaged multiplanet system HR 8799: resonance and masses 2008-12-01



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