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KELT-9b

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목차

1. 개요

KELT-9b는 2014년 KELT 망원경 관측으로 발견된 외계행성으로, 뜨거운 A형 주계열성 KELT-9을 공전한다. KELT-9b는 지금까지 발견된 외계행성 중 표면 온도가 가장 높은 행성 중 하나로, 낮 반구의 온도는 4050~4600 켈빈에 달한다. 목성 질량의 약 2.88배, 반지름은 목성의 약 1.891배인 거대 가스 행성이며, 모항성에 조석 고정되어 있다. 대기는 극도로 뜨거워 철, 타이타늄 등의 원자 형태로 존재하며, 대기 탈출이 활발하게 일어나고 있다. KELT-9는 태양보다 질량과 반지름이 크고 표면 온도가 높은 항성으로, KELT-9b는 이례적으로 뜨거운 항성을 공전하는 행성으로 주목받고 있다.

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KELT-9b
기본 정보
KELT-9를 공전하는 KELT-9b의 상상도
KELT-9와 그 모항성을 공전하는 KELT-9b의 상상도
별HD 195689
궤도 요소
궤도 긴반지름0.03462 ± 0.00110/0.00093 AU
공전 주기1.4811235 ± 0.0000011 일
궤도 경사86.79 ± 0.25 도
물리적 특징
평균 반지름1.891 ± 0.061/0.053 목성 반지름
질량2.17 ± 0.56 목성 질량
밀도530 kg/m³
표면 온도4050 ± 180 K
알베도< 0.14
명칭
다른 이름HD 195689 b
HIP 101252 b
SAO 70152 b
BD+39 4221 b
2MASS J20312634+3956196 b
식별 정보
별자리백조자리
적경20h 31m 26.35401s
적위+39° 56′ 19.7744″
시선 속도-20.567 km/s
고유 운동 (적경)17.52 밀리초/년
고유 운동 (적위)21.13 밀리초/년

2. 발견

킬로도 극소 망원경(KELT)을 통해 2014년에 행성 후보로 제시되었으며, 2015년 추가 관측을 통해 행성으로 확인되었다. 2017년 논문을 통해 자세한 성질이 공개되었다. 행성이 항성 앞을 지나갈 때 발머 Hα 선의 흡수가 일어나는 것을 관측하여 존재를 입증했다. 미국 오하이오 주립 대학교의 스콧 가우디 연구팀이 이 행성 연구에 참여했으며, TESS 우주망원경, 제임스 웨브 우주망원경 등을 활용한 후속 연구가 진행될 예정이다.

3. 특징

KELT-9b는 KELT를 통해 발견되었으며, 2017년 논문을 통해 그 범상치 않은 특징이 공개되었다. 이 행성은 항성 앞을 지나갈 때 발머 Hα 선의 흡수가 일어나는 것을 관측하여 존재가 입증되었다.

KELT-9b의 어머니 항성인 A형 주계열성 HD 195689(또는 KELT-9)는 표면 온도가 10,170,000으로, 행성을 거느리는 항성 중 매우 뜨거운 편에 속한다. KELT-9b 발견 이전까지 행성을 거느리는 A형 주계열성은 6개에 불과했으며, B형 주계열성은 발견된 사례가 없었다. KELT-9의 분광형은 B9.5-A0 또는 A1으로, 행성이 있는 것으로 알려진 최초의 B형 항성(또는 B형에 가까운 A형 항성)이다.

KELT-9b는 어머니 항성에 조석 고정되어 있으며,[17] 공전 궤도는 항성의 자전축에 대해 거의 수직을 이루고 있다.[18]

150px


이 행성은 지금까지 발견된 외계행성들 중 표면 온도가 가장 뜨거운 행성 중 하나이다(2019년 9월 기준). 낮의 반구면 온도는 4,050,000 ~ 4,600,000에 이르는데, 이는 적색왜성보다 뜨겁고 일부 K형 왜성보다도 높은 온도이다. '초고온목성'(ultra-hot jupiter)으로 분류될 정도로 극단적인 온도로 인해, 대기에는 보통 분자 형태로 존재하는 내화원소들이 중성 및 단일 이온화 원자 상태(철, 타이타늄, 크로뮴, 스칸듐, 이트륨 등)로 존재한다. KELT-9b의 수소 대기는 크게 확장되어 있으며, 로슈 엽에 가까울 정도로 팽창하여 빠른 속도로 대기가 탈출하고 있음을 시사한다.

3. 1. 물리적 특성

KELT-9b는 목성 질량의 약 2.8배, 반지름은 목성의 약 1.89배에 달하는 비교적 큰 거대 가스 행성이다. 밀도는 목성의 절반 이하인데, 이는 모항성으로부터 받는 막대한 복사 에너지로 인해 대기가 크게 부풀어 올랐기 때문으로 추정된다.[4] 많은 뜨거운 목성과 마찬가지로 KELT-9b는 모항성과 조석 고정되어 있다.[4]

이 그래프는 2022년 현재 알려진 외계행성의 평균 온도와 목성(Mj)을 기준으로 한 질량을 보여준다


대기 바깥 경계는 거의 로슈엽에 도달하여, 행성이 모항성으로부터 받는 극심한 양의 복사에 의해 빠르게 대기 탈출을 겪고 있음을 시사한다.[4][3] 2020년 연구에 따르면 대기 손실률은 10억 년당 18~68 지구 질량으로 측정되었다.[5]

2022년 현재, KELT-9b의 원소 풍부도는 대체로 알려지지 않았지만, 낮은 탄소 대 산소 비율을 가질 것으로 예상된다.[6] KELT-9b는 낮 측 온도가 일부 K형 주계열성보다 더 뜨거운, 가장 뜨거운 외계 행성 중 하나이다.[1]

낮 측에서는 분자가 구성 원자로 분해되어 중성 산소,[7] 중성 및 단일 이온화된 원자 철(Fe 및 Fe+) 및 단일 이온화된 티타늄 (Ti+)을 포함한 중금속 원자 종으로 존재한다. 이 원자들은 밤 측으로 이동하여 온도가 낮아지면 일시적으로 재결합한다.[1] 이는 낮 측과 밤 측 사이의 0.3의 향상된 열 전달 효율로 간접적으로 확인되었으며, 이는 분자 수소의 해리와 재결합의 잠열에 의해 구동될 가능성이 높다.[9] 2021년 관측된 스펙트럼에서는 금속 산화물과 수소화물이 존재함이 나타났지만,[10] 고해상도 스펙트럼에서는 행성 낮 측에서 분자 방출이 발견되지 않았다.[11]

KELT-9b의 열권 층은 철과 같은 중금속 원자의 이온화에 의해 가열될 것으로 예상된다.[12]

KELT-9b의 공전(상상도)

3. 2. 대기 조성

KELT-9b의 대기는 너무 뜨거워서 보통 분자에 묶여 있는 내화원소들이 중성 및 단일 이온화 원자 철(Fe 및 Fe+), 단일 이온화 타이타늄(Ti+)처럼 원자 형태로 존재할 수 있다. 2019년 연구에서 과학자들은 이 행성의 대기에 기존의 철과 타이타늄 외에 크로뮴, 스칸듐, 이트륨이 기화된 상태로 있음을 추가로 발견했다.[20]

낮 측면의 분자는 구성 원자로 분해되어 일반적으로 격리된 중금속 원자 종으로 존재할 수 있으며, 중성 산소,[7] 중성 및 단일 이온화된 원자 철[8] (Fe 및 Fe+) 및 단일 이온화된 타이타늄 (Ti+)을 포함한다. 밤 측면으로 이동하여 온도가 낮아지면 일시적으로 재결합한다.[1] 이는 낮 측면과 밤 측면 사이의 0.3의 향상된 열 전달 효율로 간접적으로 확인되었으며, 이는 분자 수소의 해리와 재결합의 잠열에 의해 구동될 가능성이 높다.[9] 2021년에 촬영된 스펙트럼은 행성 대기에 금속 산화물과 수소화물이 존재함을 명백하게 나타냈지만,[10] 2021년에 촬영된 더 높은 해상도의 스펙트럼에서는 행성 낮 측면에서 분자 방출이 발견되지 않았다.[11]

KELT-9b의 열권 층은 철과 같은 중금속 원자의 이온화에 의해 구동되어 까지 가열될 것으로 예상된다.[12]

4. 항성 (KELT-9)

KELT-9는 태양보다 2~3배 크고 질량도 2~3배 더 크다. 표면 온도는 10,170,000로, 통과하는 행성을 가진 별치고는 이례적으로 뜨겁다.[3][4] KELT-9b가 발견되기 전에는 단 6개의 A형 별에서 행성이 발견되었는데, 가장 따뜻한 별인 WASP-33의 온도가 7,430,000로 훨씬 낮았고, B형 별에서 행성이 발견된 사례는 없었다. KELT-9는 B9.5-A0로 분류되며, 행성을 가진 것으로 알려진 최초의 B형 별일 수 있다. KELT-9b는 KELT-9에서 불과 0.03462AU 떨어진 곳에서 원형 궤도를 돌지만, 궤도 경사가 매우 크고 궤도 주기는 1.5 일 미만이다.[3][4]

주성은 흰색의 분광형 A0 또는 A형과 B형의 경계선상의 항성으로 여겨지며, A형 항성을 공전하는 행성은 KELT-9b를 제외하고 24개 밖에 발견되지 않았으며, 더 고온의 B형 항성을 공전하는 행성은 발견되지 않았다.

5. 추가 정보

KELT-9b는 KELT(Kilodegree Extremely Little Telescope)를 통해 발견되었으며, 주성에 조석 고정되어 있고,[17] 공전 궤도는 항성의 자전축에 대해 수직을 이루고 있다.[18]

이 행성은 모항성으로부터 받는 극자외선은 A형별[15] WASP-33을 공전하는 WASP-33b의 700배 이상이며, 강한 자외선에 의해 혜성처럼 꼬리를 끌고 있을 가능성도 제기되고 있다. KELT-9b의 대기는 알려진 다른 행성들과는 매우 다르며, 질량은 전형적인 행성과 비슷하지만 대기 구성은 크게 차이가 난다. 이 행성의 대기에는 분자가 포함되는 것이 일반적이지만, 이 행성의 낮쪽에서는 격렬한 자외선이 방해하기 때문에 물, 이산화 탄소, 메탄 등의 분자는 형성되지 않는다. 밤쪽도 아마 고온이 되어 분자는 생성되어도 일시적인 것으로 생각된다.

참조

[1] 뉴스 For Hottest Planet, a Major Meltdown, Study Shows https://www.jpl.nasa[...] NASA 2020-01-24
[2] 웹사이트 Meet KELT-9b, the Hottest Exoplanet Ever Discovered http://eos.org/artic[...] 2022-10-28
[3] 웹사이트 KELT-9 b https://exoplanets.n[...] Exoplanet Exploration Program 2017
[4] 뉴스 Astronomers Find Planet Hotter Than Most Stars https://www.jpl.nasa[...] NASA JPL, Pasadena CA 2017-06-05
[5] 논문 Mass loss rate and local thermodynamic state of KELT-9 b thermosphere from the hydrogen Balmer series
[6] 간행물 A strong H− opacity signal in the near-infrared emission spectrum of the ultra-hot Jupiter KELT-9b
[7] 간행물 High-resolution detection of neutral oxygen and non-LTE effects in the atmosphere of KELT-9b
[8] 논문 Neutral Iron Emission Lines from the Day-side of KELT-9b -- the GAPS Programme with HARPS-N at TNG XX
[9] 간행물 The stable climate of KELT-9b
[10] 간행물 The Hubble WFC3 Emission Spectrum of the Extremely Hot Jupiter KELT-9b
[11] 간행물 Confirmation of Iron Emission Lines and Nondetection of TiO on the Dayside of KELT-9b with MAROON-X
[12] 간행물 A data-driven approach to constraining the atmospheric temperature structure of the ultra-hot Jupiter KELT-9b
[13] 문서 橙色の恒星で、[[主系列星]]の場合は、[[K型主系列星]]となる
[14] 문서 Kilodegree Extremely Little Telescopeは、口径わずか4.2cmの望遠鏡2台を用いての観測チーム。望遠鏡の1つはアメリカに、もう1つは南アフリカに設置されている。
[15] 문서 白色の恒星で、[[主系列星]]の場合は、[[A型主系列星]]となる
[16] 문서 青白色の恒星で、[[主系列星]]の場合は、[[B型主系列星]]となる
[17] 뉴스 Astronomers Find Planet Hotter Than Most Stars https://www.jpl.nasa[...] NASA JPL, Pasadena CA 2017-06-05
[18] 웹인용 Astronomers Find Planet Hotter Than Most Stars https://www.jpl.nasa[...] NASA 2019-09-02
[19] 문서 Wasp-12b의 표면 온도는 2,250 켈빈 정도로 예상된다
[20] 저널 인용 A spectral survey of an ultra-hot Jupiter: Detection of metals in the transmission spectrum of KELT-9 b https://arxiv.org/ab[...] 2019-09-03


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