WASP-12b
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1. 개요
WASP-12b는 지구에서 약 630광년 떨어진 곳에 위치한 뜨거운 목성형 외계 행성이다. 목성 질량의 1.5배, 반지름은 1.76배이며, 모항성과 매우 가까워 공전 주기는 약 1.09일, 표면 온도는 2,250 켈빈에 달한다. WASP-12b는 탄소 함량이 높아 "다이아몬드 행성"으로 불리기도 하며, 조석력으로 인해 대기가 팽창하고 매년 대기를 잃고 있다. 허블 우주 망원경 관측 결과 이 행성은 모항성에 의해 소멸될 것으로 예상되며, 궤도 붕괴로 인해 300만 년 이내에 모항성에 흡수될 것으로 추정된다.
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| WASP-12b | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 발견자 | Cameron 외 (슈퍼WASP 프로젝트) |
| 발견 장소 | 남아프리카 천문대 |
| 발견일 | 2008년 4월 |
| 발견 방법 | 트랜짓 |
| 별 | WASP-12 |
| 궤도 요소 | |
| 궤도 긴반지름 | 0.0234 ± 0.00056/0.00050 AU |
| 궤도 이심률 | 0.049 ± 0.015 |
| 공전 주기 | 1.0914199 ± 0.0000002 일 |
| 궤도 경사 | 81.92 ± 1.51° |
| 근일점 인수 | -74 ± 13/10° |
| 물리적 특성 | |
| 평균 반지름 | 1.819 ± 0.142 목성 반지름 |
| 질량 | 1.47 ± 0.076/0.069 목성 질량 |
| 밀도 | 266 kg/m³ |
| 표면 중력 | 3.004 ± 0.015 g |
| 평형 온도 | 3128 ± 64/68 K (2885 ± 64/68 °C, 5225 ± 147/155 °F) |
| 식별 정보 | |
| 기타 명칭 | 2MASS J06303279+2940202 b |
2. 물리적 특징
WASP-12b는 목성보다 1.5배 무겁고[36] 반지름은 1.76배 더 크다.[36] 이는 어머니 항성과의 거리가 가까워 상층부 대기가 가열되어 팽창했기 때문이다. WASP-12b와 항성 사이 거리는 약 0.02 천문단위(340만 킬로미터)로, 지구와 태양 사이 거리의 50분의 1에 불과하며[34], 공전 주기는 1.09일이다. 극도로 가까운 거리 때문에 표면 온도는 2,250 켈빈에 달하며, 이는 질량 큰 갈색 왜성의 표면 온도와 맞먹을 정도로 뜨거운 것이다.[36]
2013년 12월 3일, 허블 우주 망원경을 이용한 관측에서 대기 바깥층에서 수증기가 검출되었다는 보고가 있었다. 2014년 7월에는 WASP-12b를 포함한 3개의 외계 행성이 기존 예상보다 대기가 건조하다(수증기가 적다)는 관측 결과를 NASA가 발표했다.
2. 1. 조석력과 대기 팽창
WASP-12b는 목성보다 1.5배 무겁고[36] 반지름은 1.76배 더 크다. 이처럼 질량에 비해 반지름이 큰 이유는 어머니 항성과 가까이 붙어 있어 상층부 대기가 가열되어 팽창했기 때문이다. WASP-12b와 항성 사이 거리는 약 0.02 천문단위(340만 킬로미터)로, 지구와 태양 사이 거리의 50분의 1에 불과하며[34], 공전 주기는 1.09일이다. 이처럼 극도로 가까운 거리 때문에 WASP-12b의 표면 온도는 2,250 켈빈에 달하며, 이는 질량 큰 갈색 왜성의 표면 온도와 맞먹을 정도로 뜨거운 것이다.[36]
뜨거운 목성형 외계행성은 조석 고정 상태이기 때문에(마치 달이 지구를 항상 같은 면으로 마주보는 것처럼), 강한 복사열을 받는 밝은 면에서 상대적으로 차가운 어두운 면으로 많은 열이 이동한다. 이는 행성 대기 주변에 강한 바람이 몰아치는 결과를 낳는 것으로 추정된다.
테일러 벨과 니콜라스 코완은 수소가 낮에는 이온화되는 경향이 있고, 바람에 의해 더 차가운 면으로 이동한 후에는 중성 원자로 재결합하여 열 전달을 촉진할 것이라고 지적했다.
WASP-12b는 모항성에 매우 가까이 있어 조석력 때문에 계란 모양으로 찌그러져 있으며, 매년 약 10−7 목성 질량(189경 톤)씩 대기를 잃고 있다.[9] 이른바 "조석 가열"과 행성이 모항성에 매우 가깝다는 점 때문에 표면 온도는 2,500,000 이상으로 상승한다.
2010년 5월 20일, 허블 우주 망원경은 WASP-12b가 모항성에 의해 "소멸"되는 현상을 관측했다. 이전에도 별이 행성을 삼킬 수 있다는 것은 알려져 있었지만, 이처럼 명확하게 관측된 것은 처음이었다. NASA는 WASP-12b의 수명이 1천만 년 남았다고 추정했다.[10]
허블 우주 망원경은 우주 기원 분광기(COS)를 사용하여 WASP-12b를 관측했는데, 이는 2009년 2월 베이징 대학교의 리수린 연구진이 ''네이처''에 발표한 예측과 일치한다. 관측 결과 행성의 대기는 목성의 거의 3배까지 팽창해 있었고, 행성 자체의 질량은 목성보다 40% 더 컸다.
WASP-12b는 조석력 때문에 타원형으로 늘어나고, 1년에 10-7 목성 질량(189경 톤)씩 대기가 주성으로 뜯겨나가고 있다.[27]
2. 2. 높은 탄소 함량
2010년에 발표된 연구에 따르면, WASP-12b는 탄소 대 산소 비율(C/O비)이 태양보다 훨씬 높아 탄소 함량이 높은 가스 행성으로 나타났다. 관측 결과와 일치하는 C/O 비율은 약 1인 반면, 태양의 값은 0.54이다. 이러한 C/O 비율은 탄소 함량이 높은 행성이 이 별 시스템에서 형성되었을 수 있음을 시사한다.[16] 이 연구에 참여한 한 연구원은 "산소보다 탄소가 많으면 다이아몬드나 흑연과 같은 순수한 탄소로 된 암석을 얻을 수 있을 것"이라고 언급했다.[17]발표된 연구에서는 "WASP-12b와 같은 탄소 함량이 높은 거대 행성은 관측되지 않았지만, 이론적으로는 탄소 우세 고체 행성에 대한 무수한 조성이 예측된다. 예를 들어, 지구 크기의 탄소 행성은 지구의 규산염 조성과는 대조적으로 흑연이나 다이아몬드 내부로 구성될 수 있다"고 언급하고 있다.[16] 이러한 언급으로 인해 언론은 이 이야기를 다루게 되었으며,[18] 일부는 WASP-12b를 "다이아몬드 행성"이라고 부르기도 했다.[19]
이 행성의 탄소 함량은 일산화 탄소와 메탄의 형태로 대기 중에 존재한다. 이 연구는 학술지 ''네이처''에 게재되었다.[20]
최근 관측에 따르면, WASP-12b는 탄소와 산소의 함유량 비율을 나타내는 C/O비에서 탄소의 비율을 통해 탄소 함량이 높은 거대 가스 행성임이 밝혀졌다. 그 비율은 태양의 비율을 현저히 초과하며, 관측에 따른 WASP-12b의 C/O비 적합값은 약 1이고, 이에 반해 태양은 0.54이다. C/O비는 탄소 함량이 높은 행성이 행성계 내에 형성되었을 가능성을 시사한다.[28] 이 관측을 수행한 연구자 중 한 명은 "산소보다 탄소가 많으면 다이아몬드나 흑연과 같은 순수한 탄소 암석을 포함한다"고 언급했다.[28]
또한 발표에서는 "WASP-12b와 같은 탄소 함량이 높은 거대 가스 행성은 아직 관측되지 않았지만, 이론적으로 탄소를 주체로 하는 고체 행성에서는 다양한 조성이 예측된다. 예를 들어, 지구 크기인 경우 내부가 다이아몬드나 흑연으로 채워지며, 지구의 규산염 조성과는 대조적이다."라고 언급되었다.[28] 이 발언은 언론에 인용되었으며,[29] 일부에서는 WASP-12b를 "다이아몬드 행성"이라고 부르기도 한다.[30][31]
WASP-12b의 경우, 탄소는 일산화 탄소나 메탄으로 존재한다.[32]
2. 3. 열 전달 메커니즘
WASP-12b는 뜨거운 목성형 외계행성으로, 조석 고정되어 있어 항상 같은 면이 모항성을 향한다. 이 때문에 강하게 가열된 밝은 면에서 더 차가운 어두운 면으로 많은 열이 흐르며, 이는 행성 대기 주변에 강한 바람을 일으킨다.테일러 벨과 니콜라스 코완은 수소가 낮에는 이온화되었다가 바람에 의해 더 차가운 면으로 이동한 후 중성 원자로 재결합하면서 열 전달을 촉진한다고 지적했다.
3. 궤도
WASP-12b는 목성보다 질량은 1.5배[36], 반지름은 1.76배 더 크다. 이처럼 WASP-12b의 반지름이 큰 이유는 어머니 항성 (WASP-12)과 매우 가까이 붙어 있어 상층부 대기가 가열되어 팽창했기 때문이다. WASP-12b와 항성 사이 거리는 약 0.02 천문단위(340만 킬로미터)로 지구와 태양 사이 거리의 50분의 1에 불과하며[34], 이 때문에 공전 주기는 1.09일밖에 되지 않는다. 이처럼 극도로 가까운 거리 때문에 WASP-12b의 표면 온도는 2,250 켈빈에 이른다.[36]
2012년 연구에서 로시터-맥러플린 효과를 이용하여 WASP-12b의 궤도가 항성의 적도면과 59° 어긋나 있다는 사실을 밝혀냈다.[11]
2019년 연구에 따르면 WASP-12b는 2008년 발견 이후 통과 사이 시간 간격이 1년당 29 ± 2 밀리초씩 감소했다. 2020년에는 이 값이 1년당 32.53 밀리초로 업데이트되었으며, WASP-12b의 예상 수명은 290만 년으로 추정된다.[12] 이는 행성과 WASP-12 사이의 조석 상호작용으로 WASP-12b의 궤도가 붕괴되고 있기 때문이다. 궤도 붕괴로 궤도 주기는 짧아지고 행성은 모항성에 더 가까워지다가 결국 항성의 일부가 될 것이다. 2022년에는 붕괴율이 1년에 29.81 밀리초로 더 정밀하게 개선되었으며, 이는 의 예상 수명에 해당한다.[15]
WASP-12와의 매우 가까운 궤도로 인해, 조석력에 의해 행성은 타원형으로 늘어나고, 1년에 10-7목성 질량(189경 톤)씩 대기가 주성에 뜯겨나가고 있다.[27]
2010년5월 20일 허블 우주 망원경 관측 결과, WASP-12b가 주성에 "삼켜지고 있다"는 것이 밝혀졌다. 이전에도 행성이 항성에 삼켜질 수 있다는 예측은 있었지만, 이 현상이 확실하게 확인된 것은 WASP-12b가 처음이다. WASP-12b는 1000만 년 후에는 주성에 흡수되어 완전히 소멸될 것으로 보인다.
2013년12월 3일 허블 우주 망원경 관측 결과, 대기의 바깥층에서 수증기가 검출되었다는 보고가 있었다. 2014년7월 NASA는 WASP-12b, HD 209458 b, HD 189733 b의 3개 외계 행성 대기가 기존에 생각했던 것보다 건조하다(수증기가 적다)는 관측 결과를 발표했다.
3. 1. 위성 존재 가능성
러시아 천문학자들은 WASP-12b의 밝기 변화 곡선을 연구하면서, 이 행성을 공전하는 적어도 하나의 외계 위성을 둘러싼 플라스마 토러스에서 발생할 수 있는 규칙적인 빛의 변화를 관측했다.[21] 이는 열적 거대 목성형 행성이 지질학적으로 짧은 시간 안에 큰 위성을 잃을 것으로 예상되기 때문에 예상 밖의 일이다.[22] 문제의 위성은 트로얀일 수도 있다.[23] 러시아 천문학자들은 WASP-12b의 광도 곡선을 연구하여, 적어도 하나의 외계 위성이 행성 주위를 공전하고 있음을 나타내는 규칙적인 광도 변화를 포착했다고 발표했다.[33]| 예상되는 위성의 특징 | |
|---|---|
| 궤도 장반경(au) | 불명 |
| 질량(M⊕) | 0.57 - 6.4 |
4. 연구 역사
(내용 없음)
4. 1. 한국의 연구 참여
(내용 없음)참조
[1]
논문
Transit Timing Variation Measurements of WASP-12b and Qatar-1b: No Evidence for Additional Planets
[2]
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2018-04-23
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2016-01-26
[5]
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Hubble Traces Subtle Signals of Water on Hazy Worlds
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2013-12-04
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Exoplanet Transit Spectroscopy Using WFC3: WASP-12 b, WASP-17 b, and WASP-19 b
2013-12-03
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RELEASE 14-197 - Hubble Finds Three Surprisingly Dry Exoplanets
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