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XO-3b

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목차

1. 개요

XO-3b는 질량과 반지름이 측정된 외계 행성으로, 행성 또는 갈색 왜성으로 분류될 수 있는지에 대한 논쟁이 진행 중이다. 궤도면과 모항성의 적도 사이의 큰 각도와 궤도 이심률, 조석력에 의한 궤도 변화 가능성이 특징이다. 근자외선 관측을 통해 대기 특성이 분석되었으며, 질량은 목성의 약 11.7배, 반지름은 목성의 약 1.3배로 측정되었다.

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  • 뜨거운 목성 - WASP-3b
XO-3b
행성 정보
XO-3b와 목성 크기 비교
XO-3b와 목성의 크기 비교
이름XO-3b
발견2007년 5월 30일
발견자XO 프로젝트
발견 장소XO 망원경, 마우이섬, 하와이 주
발견 방법트랜싯법, 시선 속도법
궤도 정보
궤도 긴반지름0.0454 ± 0.00082 au (679만 1840 ± 12만 2670 km)
궤도 이심률0.2883 ± 0.0025
공전 주기3.1915289 ± 0.0000032 일
궤도 경사84.20 ± 0.54°
근점 인수346.1°
시선 속도 준진폭1494.0 ± 9.5 m/s
모항성XO-3
물리적 특징
평균 반지름1.217 ± 0.073 RJ
질량11.79 ± 0.59 MJ
알베도0.106
평형 온도1400-2000 K
기타 정보
다른 이름GSC 03727-01064 b, TYC 3727-1064-1, 2MASS J04215269+5749018 b
거리567 ± 58 광년 (174 ± 18 파섹)

2. 궤도 특성

XO-3b의 궤도는 몇 가지 두드러진 특징을 보인다. 우선 궤도 이심률이 0.2883으로 매우 큰 편이다.[7] 또한 로시터-맥러플린 효과 측정을 통해 밝혀진 바에 따르면, 행성의 공전 궤도면이 모항성의 적도면과 이루는 각도(경사각) 역시 약 37.3°[6]로 상당히 크다. 이는 태양계에서 태양과 목성의 각도(6°)와 비교해도 두드러지는 값이다. 이러한 큰 이심률과 경사각은 과거 XO-3b가 행성계 내 다른 천체와의 상호작용을 통해 현재의 궤도로 이동했을 가능성을 시사한다.[17]

2. 1. 로시터-맥러플린 효과

로시터-맥러플린 효과 측정을 통해 행성의 궤도면과 모항성의 적도면 사이 각도를 알아낼 수 있다. XO-3b의 경우, 초기 측정에서는 이 각도가 70 ± 15도로 매우 크게 보고되었는데,[4][15] 이는 당시까지 측정된 다른 통과 행성들보다 훨씬 큰 값이었다.[5][14] 다만, 초기 보고를 한 연구자들은 측정 과정에 계통 오차 (편향)가 영향을 미쳤을 수 있다고 언급했다.[15] 이후 다른 독립적인 연구 그룹의 측정 결과, 이 각도는 37.3 ± 3.7°로 수정되었다.[6][16]

수정된 값 역시 태양계에서 태양의 적도면과 목성의 궤도면 사이 각도인 6°보다는 상당히 큰 값이다.[16] 이러한 정렬 불일치는 과거 XO-3b가 다른 행성과의 상호작용을 통해 원래의 궤도면에서 벗어났을 가능성을 시사한다.[17] 이러한 행성 간 상호작용의 증거는 안드로메다자리 웁실론 행성계에서도 관측된 바 있다.[8][18]

또한, XO-3b는 궤도 이심률이 0.2883으로 매우 큰 편이다.[7] 일반적으로 조석력은 행성의 궤도 이심률을 시간이 지남에 따라 감소시키는 경향이 있는데, XO-3b의 큰 이심률이 유지되는 것은 그 바깥쪽에 XO-3b와 궤도 공명 상태에 있는 또 다른 거대 행성이 존재하여 이심률을 유지시키고 있을 가능성을 암시한다.[7]

조석 소산 효과로 인해 XO-3b의 궤도 주기는 점차 짧아지고 있으며, 그 속도는 한 번 공전할 때마다 약 1.7밀리초(ms)에 해당한다. 이 속도가 유지된다면, XO-3b는 약 140만 년 후에 모항성에 의해 삼켜질 것으로 예측된다. 하지만 비슷한 환경의 다른 외계 행성인 WASP-12b와는 달리, XO-3b가 그 과정에서 상당한 질량 손실을 겪을 가능성은 낮은 것으로 보인다.[9][10]

2. 2. 궤도 변화 가능성

로시터-맥러플린 효과 측정을 통해 행성의 궤도면과 모항성의 적도면 사이 각도를 알아낼 수 있다. 초기 보고에서는 이 각도가 70 ± 15도로, 당시 알려진 다른 통과 행성들에 비해 매우 큰 값이었다.[4][5][15] 하지만 측정에 계통 오차(편향)가 영향을 미쳤을 수 있다는 지적이 있었고, 이후 다른 연구 그룹의 독립적인 측정 결과 값은 37.3 ± 3.0° (또는 37.3 ± 3.7°) 로 측정되었다.[6][16] 그럼에도 이 값은 태양의 적도면과 목성의 궤도면 사이 각도인 6°와 비교하면 여전히 상당한 차이를 보인다.

이러한 정렬 불일치는 과거 XO-3b가 다른 행성과의 상호작용을 통해 원래의 궤도에서 벗어나 현재와 같은 기울어진 궤도를 가지게 되었을 가능성을 시사한다.[17] 이 행성의 궤도 이심률 역시 0.2883으로 상당히 큰 편인데, 조석력은 시간이 지남에 따라 이심률을 감소시키는 경향이 있기에, 현재의 큰 이심률을 유지시키는 요인이 있을 가능성이 제기된다. 한 가지 가능성은 XO-3b의 궤도 바깥쪽에 아직 발견되지 않은 다른 거대 행성이 존재하며, 이 행성과 XO-3b가 궤도 공명 상태에 있는 것이다.[7] 행성 간 상호작용으로 궤도가 크게 변형된 또 다른 예시로는 안드로메다자리 웁실론 항성계가 있다.[8][18]

또한, 조석 소산 효과로 인해 XO-3b의 궤도 주기는 연간 (6.2 ± 0.29) × 10⁻⁹ 의 비율로 점차 감소하고 있는 것으로 관측되었다. 이는 공전 주기마다 약 1.7밀리초씩 짧아지는 것에 해당한다.[9] 현재의 감소 속도가 유지된다면, XO-3b는 약 140만 년 후에 모항성에 흡수될 것으로 예측된다. 하지만 비슷한 상황의 다른 외계 행성인 WASP-12b와는 달리, XO-3b가 별에 가까워지면서 상당한 질량 손실을 겪을 가능성은 낮은 것으로 보인다.[9][10]

3. 물리적 특성

XO-3b는 질량과 반지름이 측정된 천체이다. 측정된 질량 값 때문에 이 천체를 행성으로 분류해야 할지 갈색 왜성으로 분류해야 할지에 대한 논쟁이 있다.[19][11] 또한 닐 게럴스 스위프트 천문대의 관측 결과, 근자외선 영역에서 측정한 반지름이 다른 파장에서 측정한 값보다 유의미하게 크게 나타났다.

3. 1. 질량 및 반지름

어머니 항성의 광도곡선 기울기 분석을 통해 XO-3b의 반지름은 목성의 1.32 ± 0.15배, 질량은 목성의 11.71 ± 0.46배로 추정되었다.[22]

이 질량 값은 행성과 갈색 왜성의 경계 부근에 해당하기 때문에, 이 천체를 행성으로 분류할지 갈색 왜성으로 분류할지에 대한 논쟁이 현재 진행 중이다.[19][2][11] 천문학자 크리스토퍼 존스-크룰 등이 이 논쟁에 참여하고 있으며,[19][2][11] 모항성 주위를 도는 갈색 왜성이 이전에도 발견된 사례가 있기 때문에 이러한 논쟁이 특별하거나 이상한 것은 아니다.[19][2][11]

3. 2. 대기 관측

닐 게럴스 스위프트 천문대는 여러 차례에 걸쳐 근자외선 영역에서 이 행성이 별 앞을 지나가는 현상(통과)을 관측했다. 이 관측 결과, 근자외선 파장에서 측정한 행성의 반지름은 목성 반지름의 2.54배에 달하는 것으로 나타났다.

4. 분류 논쟁

XO-3b가 행성인지 갈색 왜성인지에 대한 분류 논쟁이 현재 진행 중이다.[19][2][11] 이 천체의 질량이 행성과 갈색 왜성의 경계 부근에 위치하는 것으로 관측되면서, 그 분류를 둘러싼 논의가 활발하게 이루어지고 있다.[19][2]

4. 1. 논쟁의 배경

이 천체가 행성인지 아니면 갈색 왜성인지에 대해 현재 논쟁이 벌어지고 있다.[19][2][11] 이 논쟁을 주도하는 과학자 중 한 명인 크리스토퍼 존스-크룰은 ‘이 논쟁은 매우 격렬하다’라고 밝혔다.[19][2] 이러한 논쟁은 특별하거나 이상한 것은 아닌데, 모항성 주위를 도는 갈색 왜성들이 이전에도 발견된 사례가 있기 때문이다.[19][2][11]

모항성의 광도곡선 형태 분석을 통해, XO-3b의 반지름은 1.32 ± 0.15 목성 반지름, 질량은 11.71 ± 0.46 목성 질량으로 밝혀졌다.[22] 이 질량 값은 행성과 갈색 왜성의 경계에 가까워, 천체의 분류에 대한 논쟁을 더욱 심화시키는 요인이 되고 있다.

4. 2. 행성 vs 갈색 왜성

이 천체가 행성인지 아니면 갈색 왜성인지에 대해 현재 논쟁이 진행 중이다.[19][2][11] 이 논쟁을 주도하는 천문학자 중 한 명인 크리스토퍼 존스-크룰은 이 논쟁이 여전히 매우 활발하다고 언급했다.[19][2] 어머니 항성 주위를 도는 갈색 왜성들이 이전에도 발견되었기 때문에, 이러한 분류 논쟁은 특별하거나 드문 일이 아니다.[19][2][11]

어머니 항성의 광도곡선 분석 결과, XO-3b의 반지름은 목성 반지름의 1.32 ± 0.15배, 질량은 목성 질량의 11.71 ± 0.46배로 추정된다.[22] 이 질량 값은 행성과 갈색 왜성의 경계에 가까워 분류 논쟁의 주요 원인이 되고 있다.

참조

[1] 간행물 Thermal Phase Curves of XO-3b: An Eccentric Hot Jupiter at the Deuterium Burning Limit
[2] 웹사이트 Oddball Planet Puzzles Astronomers https://www.space.co[...] 2024-08-16
[3] 웹사이트 XO-3b: Supersized planet or oasis in the 'brown dwarf desert'? https://www.eurekale[...] 2024-08-16
[4] 논문 Misaligned spin-orbit in the XO-3 planetary system? 2008
[5] 논문 Measuring accurate transit parameters 2008
[6] 간행물 Obliquities of Hot Jupiter Host Stars: Evidence for Tidal Interactions and Primordial Misalignments
[7] 뉴스 Planet's strange orbit points to planetary billiards https://www.newscien[...] New Scientist 2008-09-23
[8] 논문 Planet-planet scattering in the upsilon Andromedae system http://simbad.u-stra[...] 2005
[9] 간행물 Transit Timing Variation of XO-3b: Evidence for Tidal Evolution of Hot Jupiter with High Eccentricity
[10] 간행물 TESS Timings of 31 Hot Jupiters with Ephemeris Uncertainties
[11] 웹사이트 Oddball Planet Puzzles Astronomers http://www.space.com[...]
[12] 웹사이트 Space oddity: Astronomers discover giant planet http://timesofindia.[...]
[13] 웹사이트 XO-3 b: Supersized planet or oasis in the 'brown dwarf desert'? http://www.eurekaler[...]
[14] arXiv Measuring accurate transit parameters
[15] 논문 Misaligned spin-orbit in the XO-3 planetary system?
[16] arXiv The Spin-Orbit Misalignment of the XO-3 Exoplanetary System
[17] 뉴스 Planet's strange orbit points to planetary billiards http://space.newscie[...] New Scientist 2008-09-23
[18] 논문 Planet-planet scattering in the upsilon Andromedae system http://simbad.u-stra[...]
[19] 웹사이트 Oddball Planet Puzzles Astronomers http://www.space.com[...]
[20] 웹인용 Space oddity: Astronomers discover giant planet, The Times of India http://timesofindia.[...] 2007-06-02
[21] 웹사이트 XO-3 b: Supersized planet or oasis in the 'brown dwarf desert'?, EurekAlert! http://www.eurekaler[...]
[22] 저널 XO-3b: A Massive Planet in an Eccentric Orbit Transiting an F5V Star http://fr.arxiv.org/[...] 2008-01-02


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