화산 엑소문(Exomoon)에 대한 새로운 증거 (영상)
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2024-10-16 23:29:16
3분 읽기 + 2분 영상
550광년 떨어진 가스 거대 행성은 화산 활동이 활발한 위성을 가졌을 것
판도라든, 스타워즈 영화 시리즈의 불타는 화산 달 무스타파든, 외계 위성은 공상과학 소설에서 오랫동안 확립되어 왔다. 그러나 실제 우주에서는 지금까지 이러한 현상이 드물었다. 천문학자들은 두 가지 외계행성 후보를 추적했지만, 그 존재 여부는 매우 논란의 여지가 있다. 반면에, 우리 태양계에는 다양한 달이 풍부하다는 사실은 그러한 위성이 외계행성에서도 흔해야 함을 시사한다. 그러나 외계 위성은 크기와 질량이 작기 때문에 탐지하기가 어렵다.
WASP-49b와 나트륨 구름
이러한 사례는 2017년에 발견된 세 번째 외계 위성 후보이기도 하다. 이는 약 635광년 떨어진 뜨거운 가스 거대 WASP-49 b 주변의 위성일 가능성이 있다. 천문학자들은 몇 년 전 외계행성 주변 지역에서 놀랍도록 강한 나트륨 및 칼륨 기체 스펙트럼 선을 관찰하면서 이에 대한 첫 번째 징후를 발견했다. 스펙트럼 특성에 따르면 이 행성계에는 초당 100톤에 달하는 엄청난 양의 나트륨을 방출하는 무언가가 있어야 한다.
하지만 이것이 무엇일까?
별 WASP-49와 그 가까이 공전하는 가스 행성은 대부분 수소와 헬륨으로 구성돼 있으며, 그 가스 외피에는 대부분 나트륨이 포함돼 있다. 따라서 이러한 가스 구름이 외계행성에서 나올 가능성은 거의 없는 것으로 여겨진다. 그러나 나트륨이 풍부한 가스의 잘 알려진 공급원은 우리 태양계에 있는 목성의 화산 위성 이오다. 극도로 활동적인 화산은 엄청난 양의 나트륨을 포함하는 큰 가스 구름을 생성한다. 이것이 바로 천문학자들이 외계행성 WASP-49b의 궤도에 화산 위성이 있을 수 있다고 의심하는 이유다.
가스 구름의 거동은 행성 과정으로 설명할 수 없다.
이 단서를 추적하고 화산 엑소문 후보를 확인하기 위해 캘리포니아 공과대학의 아푸르바 오자(Apurva Oza)가 이끄는 천문학자들은 이를 더 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 칠레에 있는 유럽남부천문대(ESO)의 초거대 망원경의 고해상도 분광기를 사용하여 WASP-49와 그 가스 행성을 표적으로 삼았다. 별 앞의 행성 WASP-49b를 여러 번 이동하는 동안 천문학자들은 이 시스템에서 나트륨 과잉의 양과 시기를 분석했다.
관찰에 따르면 나트륨 기둥은 별 앞에 있는 행성과 시간에 맞춰 나타나지 않고 독립적으로 나타난다. 때로는 가스 거인이 통과하기 몇 시간 전에 가장 높은 나트륨 농도를 볼 수 있으며 때로는 오랜 시간이 지난 후에 나타날 수도 있다. "상대적인 나트륨 흡수도 매우 다양하다"고 팀은 보고했다. 일부 이동에서는 빛 스펙트럼이 높은 나트륨 밀도를 나타냈고, 다른 이동에서는 다소 낮은 농도를 나타냈다. Oza와 그의 동료들이 발견한 두 가지 경우에서 나트륨 구름은 신선 가스에 의해 일시적으로 보충된 것으로 나타났다.
또한 특이한 점은 나트륨을 함유한 구름이 외계행성보다 더 빠르게 잘못된 방향으로 움직이고 있다는 것이다. "구름은 행성 대기의 일부였다면 예상했던 것과 반대 방향으로 움직이고 있다"고 Oza는 말했다. "우리는 이것이 중요한 징후라고 생각한다.“
8시간의 공전주기를 가진 엑소문(Exomoon)
관측 외에도 천문학자들은 외계 위성 유무에 관계없이 행성계의 다양한 구성을 실험하고 어떤 구성이 스펙트럼 데이터를 가장 잘 설명하는지 테스트했다. 공동저자인 NASA 제트추진연구소의 로잘리 로페스(Rosaly Lopes)는 “외계행성과 그 별이 아닌 다른 무언가가 이러한 가스를 생성하고 있다는 증거는 상당히 설득력이 있다”고 말했다.
모델에 따르면, 나트륨을 함유한 가스 구름의 행동은 거대 가스 WASP-49b를 8시간마다 한 번씩 공전하고 다량의 화산 가스를 우주로 반복적으로 방출하는 화산 달과 가장 잘 일치한다. 행성은 2.8일마다 별 앞을 지나가기 때문에 이로 인해 빛의 곡선에서 관찰되는 것과 유사한 엄폐 패턴이 바뀌게 된다. Lopes는 “마침내 외계 달을 발견하는 것은 놀라운 일이 될 것이다”고 말했다.
파괴가 불가피하다
WASP-49b가 실제로 화산 위성 이오(Io)의 외계 "사촌"에 의해 궤도를 돌고 있다면 목성의 달보다 화산 활동이 훨씬 더 활발해야 할 것이다. 방출되는 가스의 양은 화산 외행이 파괴 직전에 있을 수 있음을 암시하기도 한다. 천문학자들이 설명하는 것처럼, 격렬한 화산 폭발로 인한 질량 손실은 근처 외계행성과 별의 강력한 조석력과 결합되어 시간이 지남에 따라 화산 달을 파괴해야 할 것이다.
"거기에 정말로 달이 있다면 아마도 파괴적인 종말 직전에 있을 것이다"고 Oza는 말했다. 그러나 새로운 관측은 WASP-49b 주변에 외계 위성의 존재를 명확하게 증명하기에는 아직 충분하지 않다. 이를 위해서는 천문학자들이 강조하는 것처럼 더 오래 지속되는 관찰이 필요하다.
(Astrophysical Journal Letters, 2024; doi: 10.3847/2041-8213/ad6b29)
출처: NASA Jet Propulsion Laboratory
550광년 떨어진 가스 거대 행성은 화산 활동이 활발한 위성을 가졌을 것
화산 엑소문(Exomoon)에 대한 새로운 증거
550광년 떨어진 가스 거대 행성은 화산 활동이 활발한 위성을 가졌을 것이다.
의심 확인:
천문학자들은 목성의 화산 위성 이오(Io)와 유사한 최초의 태양계 밖 화산 위성을 발견했을 수도 있다. 따라서 약 550광년 떨어져 있는 거대 가스 행성 WASP-49 b는 작고 극도로 활동적인 화산 위성의 궤도를 돌고 있을 수 있다. 이는 특정 시간에 행성 옆과 위에서 감지될 수 있는 나트륨 함유 가스 구름을 통해 알 수 있다. 이제 새롭고 더 정확한 관찰을 통해 그들의 존재가 확인되었다.
 |
| ▲ 두 거인 사이의 불을 뿜는 외계행성: 외계 가스 거인 WASP-49b는 화산 위성의 궤도를 돌 수 있다. © NASA/JPL Caltech |
판도라든, 스타워즈 영화 시리즈의 불타는 화산 달 무스타파든, 외계 위성은 공상과학 소설에서 오랫동안 확립되어 왔다. 그러나 실제 우주에서는 지금까지 이러한 현상이 드물었다. 천문학자들은 두 가지 외계행성 후보를 추적했지만, 그 존재 여부는 매우 논란의 여지가 있다. 반면에, 우리 태양계에는 다양한 달이 풍부하다는 사실은 그러한 위성이 외계행성에서도 흔해야 함을 시사한다. 그러나 외계 위성은 크기와 질량이 작기 때문에 탐지하기가 어렵다.
WASP-49b와 나트륨 구름
이러한 사례는 2017년에 발견된 세 번째 외계 위성 후보이기도 하다. 이는 약 635광년 떨어진 뜨거운 가스 거대 WASP-49 b 주변의 위성일 가능성이 있다. 천문학자들은 몇 년 전 외계행성 주변 지역에서 놀랍도록 강한 나트륨 및 칼륨 기체 스펙트럼 선을 관찰하면서 이에 대한 첫 번째 징후를 발견했다. 스펙트럼 특성에 따르면 이 행성계에는 초당 100톤에 달하는 엄청난 양의 나트륨을 방출하는 무언가가 있어야 한다.
 |
| ▲ 나트륨 가스 구름은 크고 뜨거운 가스 행성 WASP-49b 주위에 매우 활동적인 화산 외행이 있음을 나타낼 수 있다. © NASA/JPL Caltech |
하지만 이것이 무엇일까?
별 WASP-49와 그 가까이 공전하는 가스 행성은 대부분 수소와 헬륨으로 구성돼 있으며, 그 가스 외피에는 대부분 나트륨이 포함돼 있다. 따라서 이러한 가스 구름이 외계행성에서 나올 가능성은 거의 없는 것으로 여겨진다. 그러나 나트륨이 풍부한 가스의 잘 알려진 공급원은 우리 태양계에 있는 목성의 화산 위성 이오다. 극도로 활동적인 화산은 엄청난 양의 나트륨을 포함하는 큰 가스 구름을 생성한다. 이것이 바로 천문학자들이 외계행성 WASP-49b의 궤도에 화산 위성이 있을 수 있다고 의심하는 이유다.
가스 구름의 거동은 행성 과정으로 설명할 수 없다.
이 단서를 추적하고 화산 엑소문 후보를 확인하기 위해 캘리포니아 공과대학의 아푸르바 오자(Apurva Oza)가 이끄는 천문학자들은 이를 더 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 칠레에 있는 유럽남부천문대(ESO)의 초거대 망원경의 고해상도 분광기를 사용하여 WASP-49와 그 가스 행성을 표적으로 삼았다. 별 앞의 행성 WASP-49b를 여러 번 이동하는 동안 천문학자들은 이 시스템에서 나트륨 과잉의 양과 시기를 분석했다.
관찰에 따르면 나트륨 기둥은 별 앞에 있는 행성과 시간에 맞춰 나타나지 않고 독립적으로 나타난다. 때로는 가스 거인이 통과하기 몇 시간 전에 가장 높은 나트륨 농도를 볼 수 있으며 때로는 오랜 시간이 지난 후에 나타날 수도 있다. "상대적인 나트륨 흡수도 매우 다양하다"고 팀은 보고했다. 일부 이동에서는 빛 스펙트럼이 높은 나트륨 밀도를 나타냈고, 다른 이동에서는 다소 낮은 농도를 나타냈다. Oza와 그의 동료들이 발견한 두 가지 경우에서 나트륨 구름은 신선 가스에 의해 일시적으로 보충된 것으로 나타났다.
또한 특이한 점은 나트륨을 함유한 구름이 외계행성보다 더 빠르게 잘못된 방향으로 움직이고 있다는 것이다. "구름은 행성 대기의 일부였다면 예상했던 것과 반대 방향으로 움직이고 있다"고 Oza는 말했다. "우리는 이것이 중요한 징후라고 생각한다.“
8시간의 공전주기를 가진 엑소문(Exomoon)
관측 외에도 천문학자들은 외계 위성 유무에 관계없이 행성계의 다양한 구성을 실험하고 어떤 구성이 스펙트럼 데이터를 가장 잘 설명하는지 테스트했다. 공동저자인 NASA 제트추진연구소의 로잘리 로페스(Rosaly Lopes)는 “외계행성과 그 별이 아닌 다른 무언가가 이러한 가스를 생성하고 있다는 증거는 상당히 설득력이 있다”고 말했다.
모델에 따르면, 나트륨을 함유한 가스 구름의 행동은 거대 가스 WASP-49b를 8시간마다 한 번씩 공전하고 다량의 화산 가스를 우주로 반복적으로 방출하는 화산 달과 가장 잘 일치한다. 행성은 2.8일마다 별 앞을 지나가기 때문에 이로 인해 빛의 곡선에서 관찰되는 것과 유사한 엄폐 패턴이 바뀌게 된다. Lopes는 “마침내 외계 달을 발견하는 것은 놀라운 일이 될 것이다”고 말했다.
파괴가 불가피하다
WASP-49b가 실제로 화산 위성 이오(Io)의 외계 "사촌"에 의해 궤도를 돌고 있다면 목성의 달보다 화산 활동이 훨씬 더 활발해야 할 것이다. 방출되는 가스의 양은 화산 외행이 파괴 직전에 있을 수 있음을 암시하기도 한다. 천문학자들이 설명하는 것처럼, 격렬한 화산 폭발로 인한 질량 손실은 근처 외계행성과 별의 강력한 조석력과 결합되어 시간이 지남에 따라 화산 달을 파괴해야 할 것이다.
"거기에 정말로 달이 있다면 아마도 파괴적인 종말 직전에 있을 것이다"고 Oza는 말했다. 그러나 새로운 관측은 WASP-49b 주변에 외계 위성의 존재를 명확하게 증명하기에는 아직 충분하지 않다. 이를 위해서는 천문학자들이 강조하는 것처럼 더 오래 지속되는 관찰이 필요하다.
(Astrophysical Journal Letters, 2024; doi: 10.3847/2041-8213/ad6b29)
출처: NASA Jet Propulsion Laboratory
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
