미시간 주립대학교, 애리조나 주립대학교, 로렌스-리버모어 국립 연구소 간의 획기적인 협력으로 행성 형성의 비밀이 밝혀지고 있습니다. KRONOS 프로그램은 James Webb 우주 망원경과 고급 계산 모델을 사용하여 어린 외계 행성의 대기를 분석하고 있으며 그 중 일부는 공룡만큼 오래되었습니다. 별빛이 행성 대기와 어떻게 상호 작용하는지 연구함으로써 과학자들은 이 먼 세계의 기원을 하나로 모으고 아마도 생명에 도움이 되는 조건을 발견할 수 있기를 희망합니다.

활동적인 모항성 앞으로 이동하는 목성 크기의 10미르 크기 행성인 외계 행성 K2-33b에 대한 예술가의 개념. 이 시스템은 KRONOS 협력을 통해 관찰되는 시스템과 유사합니다. 출처: NASA/JPL-Caltech

천문학자들은 오랫동안 근본적인 질문인 행성은 어떻게 형성되는가에 답하려고 노력해 왔습니다. 이제 미시간 주립대학교, 애리조나 주립대학교, 로렌스 리버모어 국립연구소의 새로운 협력은 첨단 망원경과 고에너지 컴퓨팅을 사용하여 이 미스터리를 푸는 것을 목표로 하고 있습니다.

연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 타고 154시간 동안 공룡이 지구를 걸었던 시기인 3억년 미만 전에 형성된 7개 외계행성(우리 태양계 밖의 행성)의 대기를 연구했습니다. JWST의 관측 외에도 팀은 KRONOS 프로그램에 따라 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL)의 슈퍼컴퓨터를 사용하여 상세한 대기 모델을 개발할 예정입니다. 이러한 모델은 행성이 어떻게 형성되고 진화하는지, 그리고 행성이 생명에 도움이 되는 조건을 지원할 수 있는지 여부에 대한 중요한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

NASA 세이건 펠로우이자 MSU 조교수인 KRONOS 프로젝트 공동 수석 연구원인 Adina Feinstein은 "다양한 연령대의 행성의 대기 구성을 이해하는 것은 여전히 ​​​​큰 미지의 문제입니다. 이러한 행성은 찾기 어렵고 특성화하기가 훨씬 더 어렵기 때문입니다."라고 말했습니다. "JWST의 정밀도와 도구를 통해 우리는 출생 행성이 어떻게 생겼는지에 대한 질문을 직접적으로 해결할 수 있게 되어 기쁩니다."

JWST는 NASA, 유럽 우주국, 캐나다 우주국의 공동 임무로 3년 동안 운영되어 왔습니다. 은하수에는 무려 6,000개의 행성이 있으며, 그 수는 계속 늘어나고 있습니다. 행성 형성이 어디에나 있다는 것은 분명합니다. 그러나 행성 형성 과정에 대한 자세한 내용은 아직 파악하기 어렵습니다. 알아내는 한 가지 방법은 다양한 연령대의 행성, 특히 3억 년 미만의 젊은 외계 행성이 호스트 별을 지나가는 것을 관찰하는 것입니다.

이 과정에서 별빛의 일부는 행성의 대기를 통과하고 물이나 이산화탄소와 같은 분자는 빛의 일부를 흡수합니다. 과학자들은 외계 행성이 빛을 어떻게 흡수하는지 탐구하기 위해 다양한 파장에서 외계 행성의 이동을 관찰하며, 이를 통해 외계 행성 대기의 구성을 밝힐 수 있습니다.

먼 세계의 비밀을 계산하다

물리학 기반 대기 모델을 사용하여 천문학자들은 외계 행성의 구성을 탐구하고 이를 행성 형성 및 진화 이론과 연결할 수 있습니다. 문제는 이러한 모델이 계산 비용이 많이 든다는 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 KRONOS 팀은 LLNL 컴퓨팅 그랜드 챌린지 프로그램을 통해 2,200만 시간의 컴퓨팅 시간을 획득했습니다. 이 프로그램은 LLNL 과학자들에게 최첨단 연구를 수행할 수 있는 광범위한 기관 컴퓨팅 리소스를 제공합니다.

KRONOS가 만든 모델은 다양한 외계 행성 대기의 구성을 이해하는 데 사용됩니다. 이는 행성이 어떻게 형성되는지 이해하는 데 사용될 수 있습니다.

KRONOS 공동 연구 책임자이자 51Pegasib 연구원이자 애리조나 주립 대학의 새로운 조교수인 Luis Welbanks는 "우리는 거의 알려지지 않은 젊은 외계 행성의 대기를 탐지하기 위한 몇 가지 첫 번째 단계를 밟고 있습니다. 우리의 전략적 파트너십을 통해 모델과 데이터의 한계를 뛰어넘어 행성 대기와 그 모항성에 대한 새로운 통찰력을 찾을 것입니다"라고 말했습니다. "우리의 결과는 먼 세계를 형성하는 물리적, 화학적 과정을 밝히고 미래의 이론 및 관찰 연구에 지침을 제공할 것입니다."

확장된 범위: 7개 행성에서 70개 행성으로

KRONOS가 연구하고 있는 7개 행성 외에도 팀은 JWST가 관측한 70개 외행성 모두에 대한 모델을 생성할 예정입니다.

LLNL 수석 조사관 Peter McGill은 "목성보다 더 큰 뜨거운 세계부터 온대 행성 및 작은 지구 질량 행성에 이르기까지 이렇게 큰 행성 샘플에 대한 통합 모델링은 이전에 수행된 적이 없습니다."라고 말했습니다. "이 작업은 LLNL의 세계적 수준의 고성능 컴퓨팅 플랫폼을 통해서만 진정으로 달성될 수 있습니다."

완료되면 팀이 개발한 대기 모델이 천문학계에 제공될 것입니다. 목표는 개방적이고 협력적인 과학을 장려하고 해당 분야에 지속적인 영향을 미치는 것입니다.

/ScitechDaily에서 편집됨