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PDS 70b : 이제 막 탄생하고 있는 외계행성을 촬영하다.|

  • 이강민
  • |조회수 : 738
  • |추천수 : 0
  • |2018-08-25 오후 8:32:36

Credit:ESO/A. Muller et al.

사진 1> SPHERE가 촬영한 이 인상적인 사진은 난쟁이별 PDS 70 주위에서 이제막 형성이 진행중인 

         행성의 사진을 매우 선명하게 촬영해 낸 첫번째 사진이다.

         행성이 밝은 점으로 사진 중앙 우측에 선명하게 보인다. 

         사진 중앙은 별빛을 막기 위한 코로나그래프 마스크에 의해 차단되어 검게 보인다.



ESO VLT에 장착되어 있는 행성탐사장비인 SPHERE를 이용하여 어린 별 주위를 둘러싼 먼지 원반 속에서 형성이 진행중인 행성의 모습이 처음으로 촬영되었다.

이 행성은 PDS 70 이라는 갓태어난 어린 별 주위를 둘러싼 가스와 먼지원반에서 특정 구역을 깍아내고 있었다.

관측 데이터에 따르면 이 행성은 구름이 가득 낀 대기를 가지고 있는 것으로 추정된다.


독일 하이델베르그 막스플랑크 천문연구소의 연구원들이 이끄는 연구팀은 태어난지 열마되지 않는 난쟁이별인 PDS 70 의 멋진 사진을 촬영해냈다. 


국제연구팀이 VLT에 장착된 SPHERE를 이용하여 PDS 70b라는 이름으로 명명된 어린 행성을 발견해냈다. 

이 행성은 갓태어난 별 주위를 둘러싸고 있는 물질 가운데 간극을 만들고 있었다. 

SPHERE는 외계행성 탐사장비로는 현존하는 가장 강력한 관측기구 중 하나이다.[1]


연구팀은 또한 SPHERE를 이용하여 서로다른 파장에서 나타나는 이 행성의 밝기도 측정할 수 있었는데 이를 통해 이 행성의 대기성분도 추정할 수 있었다.


이 행성은 사진 중앙의 별빛을 제거하자 오른쪽에 밝은 점으로 매우 선명하게 그 모습이 드러났다.


이 행성은 자신의 별로부터 약 30억 킬로미터 거리에 위치하고 있었는데 이를 태양계와 비교하면 태양과 천왕성 까지의 거리에 해당한다.

또한 분석 결과는 PDS 70b가 목성보다 약간 더 무거운 거대한 가스행성임을 말해주고 있다.


이 행성의 표면 온도는 대략 1,000도로서 태양계에 있는 그 어느 행성보다도 뜨거운 상태이다.


사진 중심은 별빛을 차단하여 훨씬 희미한 원반이나 행성형 동반체를 감지할 수 있도록 코로나그래프를 사용하였다.

그 결과 사진의 중심은 검게 보인다. 

이러한 사전 작업이 없으면 행성으로부터 나오는 미약한 빛은 PDS 70의 강력한 빛에 완전히 잠식당했을 것이다.


연구팀의 리더인 미리암 케플러(Miriam Keppler)의 설명은 다음과 같다.

"이 어린별을 둘러싸고 있는 원반은 행성의 고향과도 같은 지역입니다. 

 하지만 여기에서 어린 행성의 존재를 말해주는 단서는 아직은 아주 미약한 수준입니다. 

 문제는 이들 행성 후보군의 대부분이 그저 원반의 특정 형태일 수 있다는 점입니다."


PDS 70의 행성 발견은 향후 추가 관측의 이점이 있다는 데에서 과학적으로 흥미로운 결과이기도 하다.


케플러를 포함하여 첫번째 발견을 이룬 팀의 여러 팀원들이 동일하게 소속되어 있는 두번째 팀은

지난 몇달간 PDS 70에서 발견된 이 어린 행성을 보다 자세하게 관찰하는 후속 관측을 진행했다.


이들은 사진 1과 같이 대단히 인상적인 선명한 사진을 얻기도 했고 이 행성의 분광데이터를 획득하기도 했다.

이 분광 데이터의 분석 결과는 이 행성의 대기가 구름이 가득한 상태임을 말해주고 있었다.


PDS 70의 행성은 가운데 거대한 구멍을 두고 원시행성원반으로 변해하고 있는 이 원반을 깍아내고 있다.

원반 안쪽에 나타나고 있는 간극의 존재는 10여년 전부터 알려져 왔으며 이로부터 행성과 원반간의 상호작용이 진행되고 있다는 추측이 계속되어 왔다.

그리고 바로 지금 우리는 이곳에 행성이 있음을 처음으로 볼 수 있게 된 것이다.


이 행성을 연구한 두 번째 연구팀의 책임자인 안드레 뮐러(Andre Muller)의 설명은 다음과 같다.

"케플러의 연구는 이 복잡하고 알려진 것은 거의 없는 행성 형성의 초기 단계에 대한 새로운 통찰을 

 저희에게 제공해주었습니다. 

 우리는 행성의 형성뒤에 숨어 있는 과정을 제대로 이해하기 위해 이 어린별과 그 원반에 존재하는 행성을

 관측할 필요가 있었습니다."


천문학자들은 행성의 대기와 물리적 속성을 규명함으로써 행성 형성의 이론적 모델을 검증할 수 있었다.

먼지에 휩싸인 행성의 탄생을 엿볼 수 있게 되었다는 것은 오직 SPHERE가 제공하는 독보적인 기술적 능력 덕분에 가능했던 것이다. 


SPHERE는 고도대비촬영기법으로 알려진 기술을 이용하여 별과 그 주위의 외계행성 및 원반을 연구할 수 있도록 해 주는 장비이다.

코로나그래프로 별빛을 막았을 때에도 SPHERE는 계속 현명하게 관측 전략을 수립하고 다양한 파장 및 다양한 시기에 별 주위의 희미한 행성체의 신호를 기술적으로 걸러내어 처리해내는데 유용하게 사용되고 있다.[2]


막스플랑크천문연구소의 소장이자 연구팀의 리더인 토마스 헨닝(Thomas Henning)은 이번 관측의 과학적 도전을 다음과 같이 평가하고 있다.

"10년 뒤 더 많은 노력들이 모여 최첨단 기계들이 만들어질 것입니다. 

 지금은 SPHERE는 그 준비로서 수많은 어린 행성들의 데이터를 수집해 주고 있습니다." 



Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

사진 2> 이 컬러 사진은 주황색 난쟁이별인 PDS 70과 그 주위 하늘을 담고 있다.

          PDS 70은 사진 중앙에 자리잡고 있다.

          오른쪽으로 보이는 푸른색 밝은 별은 켄타우루스자리 크사이별이다.

          


Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

사진 3> 이 별지도는 남반구 별자리인 켄타우루스자리를 보여주고 있다. 

          별지도 상의 별들은 청명하고 어두운 밤하늘이라면 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다.

          난쟁이별 PDS 70이 붉은색 원으로 표시되어 있다.



각주 


[1] 원반과 행성사진, 그리고 이 행성의 스펙트럼 수집은 SHINE(SpHere INfrared survey for Exoplanets,

     SPHERE를 이용한 적외선 외계행성 관측)과 DISK(sphere survey for circumstellar DISK, SPHERE를 

     이용한 별을 둘러싼 원반 관측)라는 이름을 가진 두 개의 관측 프로그램이 진행되던 와중에 

     이루어졌다. 

     SHINE은 지근거리의 어린 별 600개를 근적외선 대역에서 SPHERE의 높은 대비능력과 우수한 

     각분해능을 이용하여 새로운 외계행성이나 외계행성계를 발견하고 그 특징을 규명하는 것을 목적으로

     하고 있는 관측프로그램이다. 

     이에반해 DISK는 이미 알려진 어린 행성계와 원시행성원반을 연구대상으로 한다. 

     이 프로그램에서는 행성형성의 초기조건과 행성이 구축되는 기본조건의 진화양상을 연구하고 있다.


[2] 밝은 별 바로 옆에 붙어 있는 행성의 미약한 신호를 잡아내기 위해 천문학자들은 지구의 자전에서 오는

     이점을 활용하는 정교한 방법을 사용하고 있다.  

     관측모드에서 SPHERE는 여러 시간동안 지속적으로 별을 촬영한다. 

     이 때 장비는 최대한 지향성을 유지해야 한다. 

     시간이 지나면서 행성이 천천히 출현하기 시작한다. 

     그리고 이 행성의 위치는 사진 상에서 별의 헤일로에 대해 지속적으로 변화한다. 

     정교한 연산 알고리즘을 이용하여 각각의 사진들이 합성되는데 관측이 진행되는 동안 움직이지 않은

     부분들의 신호가 모두 모아진 후 제거된다. 

     이때 제거되는 부분이 별 자체의 신호인 것이다. 

     이로부터 움직임이 지속적으로 나타난 부분이 남게 되는데 바로 이것이 행성의 신호이다.  


출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release  2018년 7월 2일자 

       http://www.eso.org/public/news/eso1821/          



번역 : 이강민 천문지도사

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