외계행성 WASP에서 '온도계' 분자 확인

Jun 21, 2023

천문학자 Laura Flagg에 따르면 상대적으로 드물고 온도에 특히 민감한 분자인 수소화 크롬(CrH)은 "별의 온도계"로 유용합니다. 그 이유는 켈빈 1,200~2,000도 사이의 좁은 범위에서만 풍부하기 때문입니다.

예술과학대학(A&S)의 천문학 연구원인 Flagg는 차가운 별과 갈색 왜성의 온도를 결정하기 위해 이 수소화물과 다른 금속 수소화물을 사용했습니다. 그녀는 이론적으로 크롬 수소화물은 온도가 갈색 왜성과 비슷한 뜨거운 목성 외계 행성에 대해서도 동일한 역할을 할 수 있다고 말했습니다. 이러한 특정 분자가 외계 행성 대기에 존재한다면 말입니다. 저해상도에 대한 이전 연구에서는 그러한 사실을 암시했습니다.

이제 Flagg와 코넬대학교 연구진은 고해상도 스펙트럼 관측을 사용하여 뜨거운 목성 WASP-31b의 외계 행성 대기에 크롬 수소화물이 존재한다는 사실을 확인했습니다. 이를 통해 이 온도에 민감한 분자 종을 다음과 같이 사용할 수 있는 문이 열렸습니다. 외계 행성의 온도와 기타 특성을 결정하는 "온도계".

Flagg는 ApJ Letters에 8월 16일 게재된 "고분광 분해능의 외계 행성 대기에서 금속 수소화물의 ExoGemS 탐지"의 주요 저자입니다. 공동 저자로는 Hans A. Bethe 교수이자 천문학 교수(A&S)인 Ray Jayawardhana; Jake D. Turner, 코넬 천체 물리학 및 행성 과학 센터의 허블 연구원; 이전에 Carl Sagan Institute의 연구원이었고 현재 University of Michigan의 NASA Sagan Fellow인 Ryan J. MacDonald; 천문학 박사후 연구원(A&S)인 Adam Langeveld도 있습니다. Flagg, Turner 및 Langeveld는 Jayawardhana 연구 그룹의 구성원입니다.

크롬 수소화물은 이전에 어떤 외계 행성에서도 확인된 검출이 없으며, 이는 고해상도 외계 행성 스펙트럼에서 금속 수소화물이 처음으로 검출된 것이라고 연구원들은 썼습니다.

WASP-31b에서 금속 수소화물을 확실하게 검출한 것은 뜨거운 거대 행성 대기를 이해하는 데 중요한 진전이라고 Flagg는 말했습니다. 비록 이번 발견이 개별 행성에 대한 새로운 정보를 제공하지는 않습니다. 2011년에 발견된 WASP-31b는 3.4일에 한 번씩 F5 별 주위를 공전합니다. 그것은 거대한 행성의 경우에도 밀도가 매우 낮으며 새로운 연구에서는 평형 온도가 크롬 수소화물 범위인 1,400켈빈으로 확인되었습니다.

"크롬 수소화물 분자는 온도에 매우 민감합니다"라고 Flagg는 말했습니다. “뜨거운 온도에서는 크롬만 보입니다. 그리고 낮은 온도에서는 다른 것으로 변합니다. 따라서 크롬 수소화물이 대량으로 발견되는 특정 온도 범위인 약 1,200~2,200켈빈만 존재합니다.”

우리 태양계에서 이 분자가 발견된 유일한 곳은 흑점이라고 Flagg는 말했습니다. 태양은 너무 뜨겁고(표면의 약 6,000K) 다른 모든 물체는 너무 차갑습니다.

연구에서 Flagg는 고해상도 분광학을 사용하여 외계행성 대기를 감지하고 분석하며, 행성이 별 옆에 있을 때와 행성이 별 앞에 있을 때 시스템의 전체 빛을 비교하여 별의 일부를 차단합니다. 빛. 특정 원소는 특정 파장에서 더 많은 빛을 차단하고 다른 파장에서는 더 적은 빛을 차단하여 행성에 어떤 원소가 있는지를 드러냅니다.

"높은 스펙트럼 분해능은 우리가 매우 정확한 파장 정보를 가지고 있다는 것을 의미합니다"라고 Flagg는 말했습니다. “우리는 수천 개의 서로 다른 라인을 얻을 수 있습니다. 우리는 스펙트럼이 어떻게 생겼는지에 대한 대략적인 아이디어인 템플릿을 사용하여 다양한 통계 방법을 사용하여 이를 결합하고 이를 데이터와 비교하여 일치시킵니다. 잘 일치하면 신호가 있는 것입니다. 우리는 다양한 템플릿을 모두 시도했는데 이 경우 크롬 수소화물 템플릿이 신호를 생성했습니다."

적절한 온도에서도 크롬은 드물기 때문에 연구자들은 민감한 장비와 망원경이 필요하다고 Flagg는 말했습니다.

WASP-31b를 분석하기 위해 연구원들은 CFHT ESPaDOnS Spectrograph(GRACES)에 대한 Gemini 원격 액세스를 사용하여 하와이 마우나케아에서 Gemini 분광학을 이용한 외계 행성 조사의 일환으로 2022년 3월에 하나의 새로운 관측에서 얻은 고해상도 스펙트럼을 사용했습니다. 그들은 금속 수소화물을 찾기 위한 것이 아닌 2017년에 수집된 보관 데이터로 GRACES 데이터를 보완했습니다.