Kepler-1625b와 Kepler-1708b 행성 주위에서 거대한 외계 행성이 발견되면서 의문이 제기되었습니다. 우리 은하계의 별들이 그 주위를 도는 행성을 가지고 있다고 가정할 수 있는 것처럼, 이러한 외계 행성 주위의 달도 드물지 않습니다. 이로 인해 탐지가 어려워집니다. 현재까지 알려진 5,300개 이상의 외계 행성 중 달이 있는 것으로 밝혀진 행성은 단 2개뿐입니다.
연구자들은 케플러 우주 망원경과 허블 우주 망원경으로 행성 케플러-1625b와 케플러-1708b를 관찰하면서 그러한 위성의 흔적을 처음으로 발견했습니다. 이제 새로운 연구는 이전 주장에 의문을 제기합니다. 막스 플랑크 태양계 연구소와 독일 소넨베르크 천문대의 과학자들은 네이처 천문학(Nature Astronomy) 저널에 이번 관측에 대한 "순수한 행성" 설명이 더 설득력이 있다고 보고했습니다.
분석 중에 연구원들은 외부 가스 구름 검색을 촉진하고 가속화하는 새로 개발된 컴퓨터 알고리즘 Pandora를 사용했습니다. 또한 현대 우주 기반 천문관측에서 원칙적으로 어떤 종류의 외계행성을 발견할 수 있는지 살펴보았고, 그들의 대답은 충격적이었다.
엑소마트(Exomat): 관찰에서 드문 현상
우리 태양계에서는 행성이 하나 이상의 위성에 의해 궤도를 돌고 있다는 사실이 예외가 아니라 규칙입니다. 수성과 금성을 제외한 다른 모든 행성에는 그러한 위성이 있습니다. 거대 가스 행성인 토성의 경우, 연구자들은 지금까지 140개의 자연 위성을 발견했습니다. 따라서 과학자들은 먼 항성계에 있는 행성에도 달이 있을 수 있다고 믿습니다. 그러나 지금까지 그러한 외계행성의 존재에 대한 증거가 있는 사례는 케플러-1625b와 케플러-1708b 두 가지뿐입니다. 이러한 낮은 수율은 놀라운 일이 아닙니다. 결국, 멀리 있는 위성은 모항성보다 훨씬 작기 때문에 발견하기가 더 어렵습니다. 더욱이, 수천 개의 외계 행성을 관찰하여 달의 증거를 찾는 것은 극도로 시간이 많이 걸립니다.
더 쉽고 빠른 검색을 위해 새로운 연구의 저자는 Pandora라는 검색 알고리즘을 사용했습니다. 그들은 작년에 방법을 발표하여 모든 연구자가 알고리즘의 오픈 소스 코드를 사용할 수 있도록 했습니다. Kepler-1625b와 Kepler-1708b의 관측에 적용하면 결과는 놀랍습니다.
이번 연구의 제1저자인 MPS 과학자 르네 헬러 박사는 "우리는 케플러-1625b와 케플러-1708b 주변에서 외계행성의 발견을 확인하고 싶었지만 불행하게도 우리의 분석은 그 반대였다"고 말했다.
5년 전, 목성과 유사한 행성 케플러-1625b가 헤드라인을 장식했습니다. 뉴욕에 있는 컬럼비아 대학교의 연구원들은 그 궤도에 태양계의 모든 위성을 왜소하게 만들 정도의 거대한 달이 있다는 결정적인 증거가 있다고 보고합니다. 과학자들은 2009년부터 2013년까지 첫 번째 임무 동안 100,000개 이상의 별과 2,000개 이상의 외계 행성을 관찰한 NASA의 케플러 우주 망원경의 데이터를 분석했습니다.
그러나 2018년 발견 이후 몇 년 동안 외계 행성 후보는 천문학자들에게 숨바꼭질의 우주 버전을 플레이하도록 강요했습니다. 첫째, 케플러 데이터에서 시스템 노이즈가 제거된 후 사라졌습니다. 그러나 허블 우주 망원경을 이용한 추가 관측으로 단서가 드러났습니다. 작년에 이 특이한 외계 행성 후보는 동반자를 얻었습니다. 뉴욕의 연구원에 따르면 목성 크기의 행성 Kepler-1708b를 공전하는 지구보다 훨씬 큰 또 다른 거대한 위성입니다.
외계행성을 탐지하는 복잡한 작업
르네 헬러 박사는 "엑소마트는 너무 멀리 떨어져 있어 가장 강력한 현대 망원경으로도 직접 볼 수 없다"고 설명했다.
망원경은 광도 곡선이라는 시계열로 먼 별의 밝기 변동을 기록합니다. 그런 다음 연구원들은 이러한 광 곡선에서 위성의 징후를 찾았습니다. 외계 행성이 별 앞을 지나가면 지구에서 볼 때 별이 약간 어두워집니다. 이러한 현상을 통과라고 하며 별 주위를 공전하는 행성의 주기와 함께 규칙적으로 반복됩니다. 이 행성과 함께 있는 외계행성들도 비슷한 밝기 감소 효과를 가질 것입니다. 그러나 광도 곡선의 흔적은 훨씬 약해집니다.
더욱이, 빛 곡선의 이러한 추가 밝기 감소는 공통 무게 중심을 중심으로 달과 행성의 움직임으로 인해 다소 복잡한 패턴을 따릅니다. 또한 행성-월식, 별의 자연스러운 밝기 변화, 망원경 측정 중에 생성되는 기타 소음원과 같은 고려해야 할 다른 효과도 있습니다.
그러나 달을 탐지하기 위해 뉴욕 연구원과 독일 동료들은 먼저 가능한 모든 행성과 달의 크기, 상호 거리 및 궤도 방향을 포함하여 수백만 개의 "인공" 광 곡선을 계산했습니다. 그런 다음 알고리즘은 이러한 시뮬레이션된 광 곡선을 관찰된 광 곡선과 비교하여 가장 일치하는 항목을 찾습니다. 괴팅겐 대학교와 Sonneberg 대학교의 연구원들은 오픈 소스 알고리즘인 Pandora를 사용했습니다. "Pandora" 알고리즘은 외계 행성 검색에 최적화되어 있으며 이전 알고리즘보다 훨씬 빠르게 이 작업을 해결합니다.
아직 위성의 흔적은 없습니다
Kepler-1708b의 경우, 독일 천문학자들은 이제 달이 없는 것도 달이 있는 것만큼 정확하게 관측을 설명할 수 있다는 것을 발견했습니다. Sonneberg Observatory의 Michael Hippke는 새로운 연구의 공동 저자 중 한 명입니다. "이 데이터는 케플러-1708b 주변에 외계 위성이 존재한다는 것을 나타내지 않습니다."
Kepler-1625b에는 거대한 달이 없다는 증거도 많이 있습니다. 이전에 케플러와 허블은 행성이 별 앞에서 이동하는 것을 관찰했습니다. 이제 독일 연구자들은 별의 가장자리 조광 효과(stellar edge dimming effect)라고 불리는 별의 원반 전체에 걸친 별의 순간적인 밝기 변화가 제안된 외계 위성 신호에 결정적인 영향을 미친다고 믿고 있습니다.
이 가장자리가 어두워지는 효과는 케플러나 허블 망원경을 통해 케플러-1625b의 모항성을 관찰할 때 다르게 보입니다. 이는 케플러와 허블이 받는 빛의 다양한 파장에 매우 민감하기 때문입니다. 괴팅겐 대학교와 소네베르크 대학교의 연구원들은 이제 이 효과에 대한 그들의 모델링이 거대 외계행성보다 데이터를 더 결정적으로 설명한다고 믿습니다.
그들의 광범위한 새로운 분석은 또한 외계 행성 검색 알고리즘이 종종 신뢰할 수 없는 결과를 생성한다는 것을 보여줍니다. 몇 번이고 그들은 실제로는 행성만이 호스트 별을 통과하고 있을 때 달을 "발견"했습니다. Kepler-1625b와 같은 광도 곡선의 경우 "실패"율은 약 11%일 수 있습니다. Heller는 "뉴욕 동료들의 초기 주장은 수십 개의 외계 행성 주변의 달을 검색한 결과였습니다."라고 말했습니다. "우리의 추정에 따르면 신뢰할 수 없는 결과는 전혀 놀라운 일이 아니며 거의 예상된 결과입니다."
이상한 위성
연구원들은 또한 케플러와 같은 우주 임무의 광 곡선으로 명확하게 감지할 수 있는 실제 외계 행성의 유형을 예측하기 위해 알고리즘을 사용했습니다. 그들의 분석에 따르면, 현재 기술은 넓은 궤도에서 행성을 공전하는 특히 큰 달만 탐지할 수 있습니다. 친숙한 태양계 위성과 비교하면 이 위성은 이상합니다. 태양계에서 가장 큰 달인 가니메데보다 크기가 두 배 이상 크므로 지구만큼 큽니다.
Heller는 "PLATO 임무에서 발견된 최초의 외계행성과 같은 미래의 관측은 확실히 매우 이례적이어서 탐험하기에 흥미로울 것"이라고 말했습니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily