게자리 55 e

3. 궤도 및 질량

게자리 55 e는 다른 많은 외계 행성처럼 모항성 게자리 55 A의 시선 속도 변화를 측정하여 발견되었다. 이는 항성 스펙트럼의 미세한 도플러 효과를 분석하는 방식으로 이루어진다. 발견 당시 게자리 55 계에는 이미 세 개의 행성이 알려져 있었는데, 추가로 약 2.8일 주기의 신호가 감지되었다. 이는 최소 지구 질량의 14.2배에 달하는 행성이 항성 가까이에서 공전하고 있음을 시사했다. 이 발견 과정에서 존재가 불확실했던 게자리 55 c의 존재도 함께 확인되었다. 게자리 55 e는 해왕성과 비슷한 질량을 가진 최초의 외계 행성 중 하나로, 글리제 436 주위를 도는 또 다른 '뜨거운 해왕성'인 글리제 436 b와 거의 동시에 발표되었다.

시선 속도법으로 측정했을 때 게자리 55 e의 최소 질량은 지구의 11배, 즉 해왕성 질량의 약 60% 수준으로 추정되었다.^[31] 이후 허블 우주 망원경을 이용한 측정천문학적 관측을 통해, 같은 행성계의 외행성 게자리 55 d의 궤도경사각이 천구면에 대해 약 53도 기울어져 있다는 결과가 나왔다.^[31] 만약 다른 행성들도 이와 비슷한 공전면을 공유한다면, 게자리 55 e의 실제 질량은 최소 추정치보다 약 25% 더 큰, 해왕성 질량의 80% 정도일 것으로 예상되었다.

게자리 55 e는 모항성에 매우 가까이 공전하며, 평균 거리는 약 0.01544AU (약 233만km)^[23]에 불과하다. 공전 주기는 약 18시간(정확히 17시간 41분^[23])으로, 발견 당시 알려진 외계 행성 중 가장 짧은 공전 주기에 해당한다.^[23] 다만, 초기 관측에서는 공전 주기가 2.8일로 잘못 알려졌었다.^[23] 항성과의 거리가 매우 가깝기 때문에 '뜨거운 해왕성'으로 분류되며, 미래에는 모항성의 강한 중력에 의해 파괴될 가능성도 제기된다.^[19]

2011년 4월 27일, 게자리 55 e가 항성 앞을 지나는 통과 현상을 일으킨다는 사실이 밝혀졌다. 이 현상 분석을 통해 궤도 경사각은 약 83.6°로 측정되었으며, 이는 모항성의 자전축 기울기(23 ± 12~14도)와 거의 일치하는 것으로 보인다. 이는 행성이 비교적 안정적인 과정을 거쳐 현재의 안쪽 궤도로 이동했을 가능성을 시사한다. 또한, 게자리 55 e는 같은 행성계의 다음 행성인 게자리 55 b와 거의 같은 평면상에서 공전할 가능성이 있다.

3. 1. 조석 고정

4. 물리적 특징

게자리 55 e는 모항성 게자리 55 A의 시선 속도 변화를 도플러 효과 측정을 통해 분석하여 발견되었다.^[31] 발견 초기에는 공전 주기 약 2.8일, 최소 질량이 지구의 14.2배인 행성으로 추정되었으며^[31], 해왕성과 질량이 비슷한 최초의 외계 행성 중 하나로 글리제 436 b와 함께 '뜨거운 해왕성'으로 분류되었다.

이후 통과 현상 관측과 정밀한 시선 속도 측정을 통해 물리적 매개변수가 여러 차례 수정되었다.^[21][25] 현재 알려진 게자리 55 e의 질량은 지구의 약 7.8배, 반지름은 지구의 약 2.04배로 측정되었다.^[18] 이러한 크기와 질량을 바탕으로 게자리 55 e는 슈퍼 지구로 분류된다. 평균 밀도는 약 5.07g/cm³으로 계산되는데, 이는 지구의 밀도와 비슷하다.^[18] 이 밀도 값은 행성이 암석질 핵 외에도 질량의 상당 부분(약 5분의 1)을 물과 같은 상대적으로 가벼운 물질로 구성하고 있을 가능성을 시사한다.^[18]

초기 시선 속도법만으로는 행성의 최소 질량(지구의 11배)만 알 수 있었고^[31], 허블 우주 망원경 관측을 통해 추정된 궤도 경사각을 고려하면 실제 질량은 최소값보다 약 25% 클 것으로 예상되기도 했다.^[31] 또한, 2011년 이전에는 질량이 지구의 8.63배, 지름이 1.6배, 평균 밀도가 11.58g/cm³로 추정되어 납과 비슷한 밀도를 가진 특이한 지구형 행성으로 여겨지기도 했다.^[29] 이후 지속적인 관측과 분석을 통해 현재의 값으로 안정되었다. 행성의 구체적인 표면 상태, 대기 조성, 내부 구조 등에 대해서는 여러 가설과 연구가 진행 중이며, 이는 하위 섹션에서 더 자세히 다룬다.

4. 1. 표면 온도 및 대기

4. 2. 탄소 행성 가능성

4. 3. 화산 활동 가능성

5. 생성

게자리 55 e가 작은 가스 행성인지 아니면 거대한 암석 행성인지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다.^[35] 초기에 제기된 가설 중 하나는, 게자리 55 e가 원래 가스 행성이었으나 항성 가까이 끌려오면서 충분한 가스층을 확보하지 못하고 중심핵만 남은 상태일 수 있다는 것이었다.^[31] 하지만 이 가설은 가스 행성들이 항성 바로 옆에서도 오랜 시간 동안 가스층을 잃지 않는다는 관측 결과에 따라 2004년에 기각되었다.^[37]

현재는 게자리 55 e가 처음부터 암석 행성으로 생성된 것이 아니라, 초기에는 물과 같은 휘발성 물질이 풍부한 가스 행성으로 탄생했을 가능성이 더 높게 여겨진다. 이후 행성이 어머니 항성에 가까워지면서 광증발 현상으로 인해 원래 가지고 있던 가스 성분을 대부분 잃어버렸을 것으로 추정된다.^[25][26] 이 시나리오에 따르면, 현재 게자리 55 e는 규산염으로 이루어진 핵 위에 고온 고압 상태의 물(초임계유체 형태)이 덮고 있는 구조일 것으로 생각된다.^[25][26]

또 다른 가능성으로는 어머니 항성이 내뿜는 강력한 코로나 질량 방출이 행성의 초기 대기층, 특히 가벼운 휘발성 물질들을 날려버렸을 수 있다는 설명도 있다.^[38] 이 경우, 행성 내부에 있던 물은 항성 가까이에서 가열되어 규산염 핵과 분리되고, 높은 압력으로 인해 초임계유체 상태의 바다를 형성했을 수 있다. 이때 대기는 자외선 복사의 영향으로 수증기와 자유 산소로 구성될 수 있다.^[39]

어떤 가설이 맞는지 확인하기 위해서는 행성의 반지름이나 화학적 조성에 대한 더 자세한 정보가 필요하지만, 게자리 55 e는 항성 앞을 지나가지 않기 때문에 현재 기술로는 추가 정보를 얻기 어려운 상황이다.

참조

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