TrES-2b

1. 개요

TrES-2b는 TrES 프로젝트에 의해 발견된 외계 행성으로, 목성과 비슷한 크기의 뜨거운 목성형 행성이다. 2006년 대서양 외계 행성 탐사(TrES)에 의해 발견되었으며, 켁 천문대에서 시선 속도 측정을 통해 발견을 확인했다. TrES-2b는 알려진 외계 행성 중 가장 낮은 기하학적 알베도(반사율)를 가지며, 그 이유는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 케플러 우주 망원경 관측을 통해 질량이 측정되었으며, 이 행성은 케플러 우주선의 보정 및 점검에 중요한 역할을 했다.

2. 발견

TrES-2b는 대서양 외계 행성 탐사(TrES)가 천체면통과 현상(통과법)을 통해 발견했다. 관측에는 팔로마 천문대의 슬루스(Sleuth), 로웰 천문대의 PSST, 그리고 TrES 네트워크의 10센티미터 망원경들이 사용되었다. 켁 천문대에서 시선 속도 측정을 통해 발견이 검증되었다.

2.1. 발견 과정

대서양 외계 행성 탐사(TrES) 프로젝트는 천체면통과 현상을 통해 TrES-2b를 발견했다. 관측에는 팔로마 천문대의 슬루스, 로웰 천문대의 PSST, 그리고 TrES 네트워크의 10센티미터 망원경 일부를 사용했다. 이 행성의 발견은 켁 천문대에서 검증되었다.

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2006년 8월 21일, 대서양 외계 행성 탐사(TrES)는 캘리포니아주 팔로마 천문대의 Sleuth와 애리조나주 로웰 천문대의 PSST를 사용하여 TrES-2b가 모항성 앞을 지나가는 식 현상을 감지했다. 이 망원경들은 TrES 네트워크를 구성하는 10cm 망원경의 일부였다. 2006년 9월 8일, W. M. 켁 천문대는 TrES-2b를 품고 있는 별의 시선 속도를 측정하여 발견을 확인했다.

2.2. 추가 연구

2007년, 항성과 행성의 매개변수가 더 정확하게 수정되었다. 2008년 8월, 행성의 궤도와 모항성의 자전축 사이의 각도(spin-orbit angle)가 -9±12°로 측정되었고, 궤도 방향은 별의 자전과 같은 방향(순행)인 것으로 밝혀졌다. 같은 해 9월에는 TrES-2의 주성이 쌍성이라는 것이 발견되어 매개변수 재검토가 이루어졌다.

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3. 물리적 특징

TrES-2b는 목성과 크기가 비슷한 뜨거운 목성형 행성이다. 행성 통과 및 이차식 현상 관측을 통해 행성의 주간 측과 야간 측의 밝기 차이가 측정되었으며, 이를 통해 행성의 기하 알베도가 매우 낮다는 것이 밝혀졌다. 이론 모델에 따르면 행성의 주간 측에서 오는 빛의 대부분은 행성 표면에서의 별빛 반사가 아니라 행성 자체로부터의 열 복사에 의한 것으로 생각된다.

3.1. 알베도 (반사율)

TrES-2b는 기하학적 알베도가 극도로 낮아, 현재까지 알려진 외계 행성 중 가장 어둡다. 그 알베도는 1% 미만으로 추정되며, 최적 모델에서는 약 0.04%이다. 이는 석탄이나 검은색 아크릴 페인트보다도 낮은 반사율이다.

행성이 통과할 때와 이차식이 일어날 때 밝기 차이를 측정하면, 행성의 낮과 밤의 밝기 차이를 알 수 있다. 이를 기하 알베도만으로 인한 것으로 가정하면 알베도는 2.53%로 추정된다. 그러나 행성 대기 모델에 따르면, 행성 낮 부분에서 오는 빛의 대부분은 별빛이 반사된 것이 아니라 행성 자체의 열 복사 때문이다.

3.1.1. 낮은 알베도의 원인

케플러 미션을 통해 2011년에 TrES-2b의 기하학적 알베도가 극도로 낮다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 현재까지 알려진 외계 행성 중 가장 어두운 것이다. 낮과 밤의 밝기 차이를 모두 기하학적 알베도 때문이라고 가정하면 2.53%이지만, 모델링 결과 실제 알베도는 이보다 훨씬 낮은 1% 미만이며, 최적 모델에서는 약 0.04%로 추정된다. 이는 TrES-2b가 석탄이나 검은색 아크릴 페인트보다도 빛을 적게 반사한다는 것을 의미한다.

TrES-2b가 이렇게 어두운 이유는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 한 가지 가능성은 모항성에 가까워 온도가 높아 목성을 밝게 만드는 반사 구름이 형성되지 않기 때문일 수 있다. 또 다른 가능성은 대기 중에 증발된 나트륨, 칼륨, 기체 상태의 티타늄 산화물 등 빛을 흡수하는 화학 물질이 존재하기 때문일 수 있다.

그러나 Kipping과 Spiegel은 무거운 화합물이 응축되어 상층 대기에 존재하기는 어렵다고 보아, 모델에서 티타늄 산화물과 바나듐을 제외했다. 또한, 이들은 일반적으로 뜨거운 목성의 경우 "나트륨 및 칼륨 D선의 넓은 날개로 인한 흡수가 가시 스펙트럼을 지배하는 것으로 생각된다"고 언급하며, 케플러-7b를 제외하면 뜨거운 목성의 알베도 측정값은 대부분 상한값만 제시되었다고 지적했다. 이러한 요인들만으로는 TrES-2b의 낮은 반사율을 완전히 설명하기 어려우며, 정확한 원인은 아직 밝혀지지 않았다.

3.2. 온도

이 행성은 모항성에 조석 고정되어 있을 가능성이 높다. 2015년, 행성의 밤 측 온도는 1,885,000로 추정되었다.

4. ''케플러'' 우주 망원경 관측

미국 항공우주국(NASA)은 2009년 3월 케플러를 발사했다. 이 우주선은 식 현상을 이용해 태양 궤도에서 외계 행성을 발견하는 데 목적이 있었다. 2009년 4월, 이 프로젝트는 우주선으로부터의 퍼스트 라이트 이미지를 공개했으며, TrES-2b는 이 이미지에서 강조된 두 개의 천체 중 하나였다. TrES-2b가 이 우주선의 시야에 있는 유일한 외계 행성은 아니었지만, 퍼스트 라이트 이미지에서 확인된 유일한 행성이었다. 이 천체는 보정 및 점검에 중요했다.

케플러 임무는 또한 호성(host star)의 광도 곡선 분석을 통해 케플러 데이터만으로 행성의 질량을 감지하는 데 성공했다. 행성을 직접 감지하는 것 외에도, TrES-2b의 중력적 당김에 의해 발생한 호성의 형태 왜곡 및 Relativistic beaming^영어로 인한 광도 변화 분석을 통해 행성을 감지했다.