포말하우트 b

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1. 개요
2. 발견
3. 물리적 특징
4. 포말하우트를 공전하는 다른 행성의 가능성
5. 갤러리
6. 같이 보기
참조

1. 개요

포말하우트 b는 과거 포말하우트 항성을 공전하는 외계 행성으로 추정되었으나, 현재는 소행성 충돌로 인한 먼지 구름으로 여겨진다. 2008년 허블 우주 망원경으로 가시광선 상을 직접 촬영하여 외계 행성으로 발표되었으나, 이후 스피처 우주 망원경의 적외선 관측에서 발견되지 않고, 2020년 허블 우주 망원경의 재분석 결과 먼지 구름의 증거가 나타나면서 외계 행성 후보 목록에서 제거되었다. 2023년 제임스 웹 우주 망원경 관측으로 먼지 구름임이 최종 확인되었다.

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포말하우트 b
기본 정보
2004년부터 2014년까지 관측된 포말하우트 b. 이전에는 외계 행성으로 여겨졌으나, 현재는 팽창하는 먼지 구름으로 알려져 있음.
별	포말하우트
별자리	남쪽물고기자리
확인 여부	확인됨
별칭	HD 216956 b 다곤 (Dagon)
발견
발견자	칼라스 연구진
발견 장소	허블 우주 망원경
발견 방법	직접 촬영
발견일	2008년 11월 13일
위치 정보
거리	25 ± 0.1 광년 (7.66 ± 0.04 파섹)
궤도 정보
궤도 장반경	~115 au (~17300 Gm), 177 ± 68 au
근점 거리	~103 au (~15400 Gm)
원점 거리	~128 au (~19200 Gm)
이심률	~0.11, 0.8 ± 0.1
공전 주기	~1700년
궤도 경사각	−55 ± 14 °
항성 정보
겉보기 등급	+1.16
분광형	A3V
물리적 특징
질량	0.054 – 3 M_J

2. 발견

포말하우트 b는 가시광선으로 직접 촬영된 최초의 외계 행성이었다. 2008년 5월 폴 칼라스와 제임스 그레이엄 연구팀은 2004년과 2006년에 허블 우주 망원경의 ACS 카메라로 촬영한 가시광선(0.6 및 0.8 μm) 영상을 통해 포말하우트 b를 확인했다.^[29]

미국 항공우주국(NASA)은 2008년 11월 13일 허블 우주 망원경의 ACS 카메라가 찍은 사진을 언론에 공개했다. 이 사진에서 바깥쪽의 밝은 고리 모양 띠는 먼지 원반이며, 원반 안쪽의 방사형 무늬는 중심 별에서 나오는 빛 때문에 생긴 것이다.^[32]

2005년, 포말하우트 주변 먼지 원반이 한쪽으로 쏠려 있고, 일반적인 먼지 원반과 달리 안쪽 경계면이 뚜렷하게 형성되어 있다는 사실로부터, 미지의 천체가 원반에 영향을 주고 있다는 가설이 제기되었다.^[30]^[31]

2. 1. 초기 발견과 의문

폴 칼라스와 그의 공동 연구자들은 2004년과 2006년에 허블 우주 망원경/ACS가 가시광선 파장(0.6 및 0.8 μm)으로 촬영한 영상을 통해 포말하우트 b를 확인했다. 2008년 5월 이전, 포말하우트 주위를 공전하는 거대 행성의 존재는 2005년에 발표된 허블 관측 결과에서 처음 추론되었는데, 이 관측은 포말하우트의 거대하고 차가운 파편 원반의 구조를 밝혀냈다. 이 원반은 별의 중심에 위치하지 않고, 통상적으로 예상되는 것보다 더 날카로운 내부 경계를 가지고 있었다. 초기 이론에 따르면 넓은 궤도를 돌지만 이 파편 고리 내부에 위치한 거대한 행성이 주변의 모천체와 먼지를 치워 고리가 날카로운 내부 경계를 갖도록 하고, 별에서 벗어나 보이게 할 수 있다.^[10]

미국 항공우주국(NASA)은 2008년 11월 13일에 칼라스 등의 발견 논문이 ''사이언스''에 게재됨과 동시에 합성 발견 사진을 공개했다. 칼라스는 "이전에 본 적 없는 행성을 직접 보게 되니 깊고 압도적인 경험이었다. 5월 말에 포말하우트 b가 모항성을 공전한다는 것을 확인했을 때 거의 심장마비가 올 뻔했다"라고 말했다.

발견 논문에서 칼라스와 공동 연구자들은 포말하우트 b의 방출이 두 가지 원인, 즉 행성 주위 먼지가 별빛을 산란시키는 것과 행성의 열 방출에서 비롯된다고 제안했다. 전자는 0.6 μm 밝기의 대부분을 설명하며 행성의 열 방출은 0.8 μm 밝기의 많은 부분을 차지한다. 지상 기반 적외선 데이터로 감지되지 않은 점은 포말하우트 b가 행성이라면 목성 질량의 약 3배보다 더 클 수 없음을 시사했다.

그러나 스피처 우주 망원경의 관측에서 포말하우트 b가 감지되지 않아, 이 천체가 행성이라면 목성보다 질량이 적다는 것을 시사했다. 더욱이, 포말하우트 b가 포말하우트의 편심성 파편 고리에 대한 그럴듯한 설명으로 여겨졌지만, 칼라스 등의 논문에서의 측정 결과는 이 설명이 성립하려면 너무 빠르게 움직이고 있었다는 점(즉, 근점선이 정렬되지 않음)을 시사했다.

아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파 간섭계(ALMA)의 2011년 9월~10월 데이터를 분석하여 포말하우트의 파편 고리에 대한 연구자들은 고리가 포말하우트 b일 필요가 없는 훨씬 작고, 고리를 지키는 행성들에 의해 형성될 수 있다는 대체 가설을 제시했다.^[12] 이러한 결과는 포말하우트 b가 외계 행성으로서의 지위에 대한 회의론을 불러일으켰다.^[13]^[14]

2. 2. 재발견과 독립적 확인

2012년, 토론토 대학교의 테인 커리(Thayne Currie)가 이끄는 연구팀은 허블 우주 망원경의 데이터를 재분석하여 포말하우트 b의 존재를 재확인했다. 이들은 별빛에서 행성 빛을 분리하는 새롭고 강력한 알고리즘을 사용하여 포말하우트 b가 실제로 존재함을 확인했다. 또한, 0.4μm 파장에서 포말하우트 b를 새롭게 검출했다.

커리 연구팀은 포말하우트 b의 방출이 작은 먼지에 의한 별빛 산란으로 설명될 수 있으며, 보이지 않는 행성 질량 천체를 먼지가 둘러싸고 있다고 주장했다. 따라서 포말하우트 b는 엄밀히 말해 행성 대기에서 빛이 나오는 것은 아니지만, "직접 촬영으로 확인된 행성"일 가능성이 있다고 보았다.

같은 시기, 허츠버그 천체물리학 연구소의 라파엘 갈리체(Raphael Galicher)와 크리스찬 마로이스(Christian Marois)가 이끄는 연구팀도 독립적으로 포말하우트 b를 재발견하고, 0.4μm 파장에서의 검출을 확인했다. 그러나 이들은 포말하우트 b의 스펙트럼 에너지 분포(SED)가 거대 행성에서 직접 방출되거나 산란된 빛으로는 설명할 수 없다고 주장했다. 이들은 SED를 설명하기 위해 두 가지 모델을 제시했다. 첫 번째는 보이지 않는 거대 행성 주위에 거대한 주행성 원반이 존재하는 것이고, 두 번째는 지난 100년 동안 반지름이 약 50km인 두 개의 카이퍼 벨트 천체가 충돌하여 생긴 잔해이다.

2. 3. 먼지 구름 가설을 지지하는 관측

2020년에 발표된 STIS 자료 분석 결과, 포말하우트 b는 크기가 줄어들고 팽창하는 현상을 보였다. 이는 포말하우트 b가 행성이 아니라 탈출 궤도상에 있는 두 개의 소행성 크기의 물체가 충돌하여 생긴 파편 구름이라는 해석을 뒷받침한다. 2023년 제임스 웹 우주 망원경의 관측 결과 포말하우트 b가 적외선으로 감지되지 않아, 이것이 행성이 아닌 먼지 구름임이 확인되었다.

허블 우주 망원경의 10년에 걸친 관측 결과를 재검토한 결과, 포말하우트 b의 이미지가 점차 옅어지고 확산되는 모습이 보고되었으며, 이는 소천체의 충돌에 의한 먼지 구름이라는 가설을 지지하는 결과이다.

2020년 4월, 허블 우주 망원경의 STIS를 사용하여 2013년과 2014년에 새롭게 얻은 데이터를 포함하여 포말하우트 b를 재분석한 논문이 발표되었다. 이 연구에 따르면 포말하우트 b의 상은 시간이 지남에 따라 점차 엷게 확산되는 모습이 밝혀졌다. 이는 두 개의 소행성 정도 크기의 천체가 파괴적인 충돌을 일으켰을 때 생성된 먼지 구름이라는 해석을 지지하는 결과이다. 이 연구에서는 확산되는 먼지 구름의 모델과 관측 결과의 비교도 이루어졌으며, 모델은 관측을 재현 가능하다고 했다. 포말하우트의 나이를 고려하면 먼지 구름을 발생시키는 소천체 간의 파괴적인 충돌은 매우 희귀한 현상이다. 따라서 연구진들은 미발견된 행성이 존재하여 주변의 소천체를 역학적으로 교란한 결과, 소천체의 파괴적인 충돌이 촉진되었을 가능성이 있다고 언급했다.

3. 물리적 특징

초기에는 포말하우트 b가 목성과 비슷한 크기의 가스 행성으로 추정되었으나,^[29] 현재는 소행성 충돌로 인한 먼지 구름으로 여겨진다. 질량은 최대 목성의 세 배, 최소 해왕성 정도이나, 가장 유력한 값은 목성의 0.5배에서 2배 사이이다.^[30]^[35]

가시광선에서는 밝게 보이지만, 적외선 영역에서는 어둡게 관측된다. 이는 빛이 행성의 대기가 아닌, 행성 주위의 먼지 고리나 구형 먼지 구름에 의해 산란되기 때문으로 추정된다. 일부에서는 목성 반지름의 20 ~ 30배 크기에 이르는 고리가 있을 가능성을 제기한다.^[25]^[29]^[30]

포말하우트 b의 궤도가 먼지 원반과 동일 평면에 있다고 가정하면, 포말하우트로부터의 거리는 대략 115 au이다.^[23] 1 공전주기는 872년이다.^[29]

2020년 허블 우주 망원경의 10년에 걸친 관측 결과 재검토를 통해, 포말하우트 b의 이미지가 점차 옅어지고 확산되는 모습이 보고되었으며, 이는 소천체의 충돌에 의한 먼지 구름이라는 설을 지지하는 결과이다.

포말하우트 b가 행성이라고 가정했을 경우, 질량은 불확실성이 크다. 적외선으로 검출되지 않은 점으로부터 질량 상한값은 목성 질량의 2배 미만이라는 값이 주어졌다. 질량 하한값은 포말하우트 b의 상세한 특성, 행성 주변 환경, 포말하우트계에 다른 행성 질량 천체가 존재하는지에 따라 달라진다.

4. 포말하우트를 공전하는 다른 행성의 가능성

포말하우트 b의 넓은 궤도는 항성 가까이에 아직 발견되지 않은 더 무거운 천체가 존재할 가능성을 시사한다.^[18] "포말하우트 c"라고 불리는 이 가상의 행성을 찾기 위한 여러 지상 관측이 이루어졌지만, 아직 발견되지 않았다.^[18] 만약 태양계와 비슷한 작은 규모에 미발견 천체가 존재한다면, 그 천체는 목성 질량의 13배 미만이어야 한다.^[18] HR 8799 주위 행성과 비슷한 거리에 존재한다면, 그 천체는 목성 질량의 2~7배 미만이어야 한다.^[19]

제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 NIRCam 및 NIRSpec을 사용한 최근 관측에서, 연구자들은 포말하우트 시스템의 먼지 고리 내에서 10개의 광원을 확인했다.^[9] 이 관측은 "새로운" 포말하우트 b (S7)의 존재를 확인하거나 부정하지는 않는다.^[9] 후속 관측은 S7이 배경 은하, 갈색 왜성, 또는 목성 질량 행성 중 무엇인지 확인하고, S7과 포말하우트의 연관성을 명확히 하며, 복잡한 디스크 구조가 암시하는 추가 행성을 식별하는 것을 목표로 한다.^[9]

5. 갤러리

6. 같이 보기

외계 행성
허블 우주 망원경
제임스 웹 우주 망원경

참조

_[1] OED Dagon
_[2] 뉴스 NameExoWorlds: An IAU Worldwide Contest to Name Exoplanets and their Host Stars http://www.iau.org/n[...] IAU.org 2014-07-09
_[3] 웹사이트 NameExoWorlds http://nameexoworlds[...] 2018-06-25
_[4] 웹사이트 NameExoWorlds http://nameexoworlds[...] 2015-08-15
_[5] 뉴스 Final Results of NameExoWorlds Public Vote Released http://www.iau.org/n[...] International Astronomical Union 2015-12-15
_[6] 웹사이트 SCSU planetarium names an exoplanet http://www.sctimes.c[...] 2015-12-29
_[7] 웹사이트 NameExoWorlds The Approved Names http://nameexoworlds[...] 2016-09-10
_[8] 간행물 Searching for Planets Orbiting Fomalhaut with JWST/NIRCam 2024
_[9] 웹사이트 JWST searches for planets in the Fomalhaut system https://phys.org/new[...] 2024-03-18
_[10] 간행물 Predictions for a planet just inside Fomalhaut's eccentric ring 2006
_[11] APOD Fomalhaut b 2008-11-14
_[12] 웹사이트 ALMA Reveals Workings of Nearby Planetary System http://www.spaceref.[...] 2012-04-12
_[13] 간행물 New doubts about 'poster child' of exoplanets https://www.newscien[...] Reed Business Information Ltd. 2011-09-21
_[14] 간행물 Celebrated Exoplanet Vanishes in a Cloud of Dust-Or Maybe Not 2012-02-03
_[15] 웹사이트 New Study Brings a Doubted Exoplanet 'Back from the Dead' http://www.nasa.gov/[...] 2012-10-25
_[16] 웹사이트 2020 Exoplanet Archive News https://exoplanetarc[...] 2021-08-09
_[17] 웹사이트 Images captured of 4 planets outside solar system http://seattletimes.[...] Associated Press via The Seattle Times 2010-07-05
_[18] 간행물 Coronagraphic Observations of Fomalhaut at Solar System Scales 2012
_[19] 간행물 A Deep Keck/NIRC2 Search for Thermal Emission from Planetary Companions Orbiting Fomalhaut 2013
_[20] 간행물 Rapid growth of gas-giant cores by pebble accretion 2012
_[21] SIMBAD NAME Fomalhaut b -- Extra-solar Planet Candidate SIMBAD 2008-12-06
_[22] 웹사이트 APOD: 2008 November 14 - Fomalhaut b https://apod.nasa.go[...] 2008-11-14
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_[25] 저널 인용 Optical Images of an Exosolar Planet 25 Light-Years from Earth
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_[27] 웹인용 Final Results of NameExoWorlds Public Vote Released http://www.iau.org/n[...] 2008-12-24
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_[30] 웹인용 Scientists Lay Eyes on Distant Planets http://www.planetary[...]
_[31] 저널 인용
_[32] 웹인용 APOD: 2008 November 14 - Fomalhaut B http://antwrp.gsfc.n[...]
_[33] 웹인용 Exoplanets finally come into view http://news.bbc.co.u[...]
_[34] 웹인용 Images captured of 4 planets outside solar system https://www.google.c[...]
_[35] 웹인용 http://www.nature.co[...]

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