자체 자기장이 있을 수 있는 머나먼 암석 세계에 대한 새로운 관찰은 천문학자들이 우리 태양계 행성을 감싸고 있는 겉보기에 무질서해 보이는 자기장을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
은하수에는 자체 자기장을 생성할 수 있는 외계 세계가 가득합니다. 천문학자들은 이를 찾기만 하면 됩니다.
Allison Li/Quanta 매거진
소개
수십 년 동안 천문학자들은 행성 자기장 때문에 당황해 왔습니다. 우리 태양계에는 이러한 자기 덮개를 생성하는 세계를 설명하는 규칙이 없습니다. 예를 들어 지구에는 자기 덮개가 있지만 자매 행성인 금성에는 없습니다.
천문학자들은 자기의 신비를 이해하는 가장 좋은 방법 중 하나가 다른 태양을 공전하는 세계를 연구하는 것이라고 의심합니다. 외계 행성 자기장의 인구 조사를 수집함으로써 연구자들은 그것이 다른 세계의 공통된 특징인지 여부를 결정할 수 있습니다. 그렇게 하면 우리 태양계를 맥락에 맞게 파악하고 몇 가지 지속적인 호기심을 해결하는 데 도움이 될 것이라고 매사추세츠 공과대학 헤이스택 천문대에서 외계 행성을 연구하는 천문학자 메리 냅이 말했습니다.
"지구 대 금성이 좋은 예입니다. 두 행성은 크기가 비슷하고 구성도 상당히 비슷하지만 자기장 측면에서 크게 다릅니다."라고 Knapp은 말했습니다.
이러한 인구 조사를 구축하고 외계 행성의 자기장을 찾는 것조차 어려운 일이었습니다. 이러한 자기장은 희미하고 감지하기 어렵기 때문입니다. 그러나 지난 4월, 두 개의 독립된 팀이 약 12광년 떨어진 작고 희미한 적색 왜성 주위를 공전하는 암석 행성에 의해 생성된 자기장의 특징으로 보이는 것을 발견했습니다. YZ Ceti b라고 불리는 이 행성은 지구보다 약간 작으며 우리가 알고 있는 생명체가 살기에는 너무 뜨거울 가능성이 높습니다. 하지만 암석이 많은 세계에서 자기장을 발견하면 자기장이 어떻게 형성되고 그것이 행성의 진화에 어떤 영향을 미치는지, 심지어 생명에 대한 적합성까지 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다.
"우리는 태양계를 통해 자기장이 행성이 시간이 지남에 따라 대기를 잃거나 유지하는 방식에 영향을 미치는 데 중요한 역할을 한다는 것을 알고 있습니다."라고 Bucknell University의 천문학자이자 팀의 일원인 Jackie Villadsen이 말했습니다. "우리는 다음 질문에 답하려고 노력하고 있습니다. 지구와 유사한 행성에서 강력한 지구 자기장이 얼마나 흔합니까?"
무선 신호
우리 태양계에서 지구와 4개의 거대한 행성인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 상당한 자기장을 가지고 있습니다. 수성은 희미한 자기장만을 가지고 있으며, 화성은 과거에 더 강력한 자기장을 가지고 있었을 가능성이 매우 높지만 완전히 이해되지 않는 이유로 잃어버렸습니다.
행성 자기장은 행성의 핵에서 휘저어지는 용융 금속으로 만들어진 발전기라고 불리는 엔진에 의해 생성됩니다. 이러한 휘젓기는 자기장을 구동하는 전류를 생성합니다. 지구와 네 개의 거대 가스 행성에서 이 과정은 행성 주위에 보호 누에고치를 형성할 만큼 강력하며, 그렇지 않으면 행성의 대기를 날려버릴 대전 입자를 굴절시킵니다.
Merrill Sherman/Quanta 매거진
캐나다 퀸스 대학교의 천문학자 아얀 비스와스는 “자기장은 방사선으로부터 보호막 역할을 한다”고 말했습니다. “그것들은 인생에 매우 중요합니다.”
과학자들은 알려진 5,000개의 외계행성 중 다수가 자기장을 가지고 있다고 의심하지만 이를 탐지하는 것은 다른 문제입니다. 1970년대에 천문학자들은 행성 자기장이 행성의 모항성과 상호작용할 때 별에서 방출되는 저주파 전파(오로라 방출)에서 관찰 가능한 스파이크가 발생할 수 있다고 추측했습니다. 지구에서 볼 때 이러한 급등의 타이밍은 궤도 이동 중 행성의 위치에 따라 달라집니다. 이는 행성의 존재를 간접적으로 드러내는 주기적인 지문과 같습니다.
1992년 최초로 외계 행성이 발견되기 전에도 사람들은 이것이 외계 행성을 찾는 정말 좋은 방법이라고 생각했다고 코넬 대학의 천문학자인 제이크 터너가 말했습니다.
이 기술은 어려운 것으로 판명되었습니다. 지금까지 외행성 자기장에 대한 철저한 탐지는 이루어지지 않았지만 유망한 후보는 있었습니다.
애리조나 주립 대학의 천체 물리학자인 Evgenya Shkolnik과 동료들은 2019년에 자기장에 대한 힌트를 얻기 위해 4개의 뜨거운 목성(별 근처를 공전하는 거대한 행성)의 대기 데이터를 사용했습니다. 2021년에 Turner가 이끄는 팀은 네덜란드의 저주파 배열(LOFAR) 망원경을 사용하여 지구에서 51광년 떨어진 Tau Boötes 시스템의 행성 자기장과 연결된 무선 신호를 감지했습니다. 그리고 2021년 말, 파리 천체물리학 연구소의 로피 벤자펠(Lotfi Ben-Jaffel)과 동료들은 지구에서 123광년 떨어진 HAT-P-11b라고 불리는 해왕성과 유사한 행성에서 자외선 방출을 감지했는데, 이는 행성의 자기권을 암시합니다.
그러나 탐지된 것 중 확실한 것은 없으며 암석 행성에 대한 것도 없었습니다.
Bucknell University의 천문학자인 Jackie Villadsen은 암석으로 이루어진 외계 행성의 자기장을 연구하고 있습니다.
작성자:Emily Paine/Bucknell University
집 전화
2017년에 천문학자들은 거의 50년 동안 가정해 온 간접 관찰 유형에 필요한 시스템을 정확히 발견했습니다. 세 개의 암석 행성이 우주 돌처럼 멀리 떨어져 있는 적색왜성 YZ Ceti 주위를 공전하고 있습니다. 이 시스템이 우리 행성과 가까워서 행성이 편리한 표적이 됩니다. 특히 가장 안쪽 행성인 YZ Ceti b는 더욱 그렇습니다. 또한 적색 왜성은 일반적으로 태양과 같은 별보다 더 강한 자기장을 가지고 있어 궤도를 도는 행성의 자기장의 지문을 더 쉽게 식별할 수 있습니다. "이것은 이러한 기준을 충족하는 최초의 발견된 시스템 중 하나였습니다."라고 Villadsen은 말했습니다.
이제 두 팀이 YZ Ceti b가 만든 자기장의 증거를 발견했습니다. 두 팀 모두 YZ Ceti b가 별 주위의 이틀 궤도에서 비슷한 지점에 도달했을 때 발생하는 것으로 보이는 주기적인 전파 폭발을 발견했습니다. 팀 중 하나인 Villadsen의 팀은 뉴멕시코의 VAR(Very Large Array)을 사용하여 숨길 수 없는 무선 지문을 감지했습니다. "우리는 이 밝기의 전파를 발생시키기 위해서는 지구에 지구와 비슷한 자기장 강도가 필요하다는 사실을 알아냈습니다"라고 Villadsen은 말했습니다.
Biswas가 포함된 다른 팀은 곧 결과를 게시했습니다. 그 그룹은 인도의 Giant Metrewave Radio Telescope를 사용하여 주기적인 전파 스파이크에 대해 유사한 관찰을 했습니다. Biswas는 "우리는 [신호]가 행성에서 오는 것이라고 99% 확신합니다."라고 말했습니다.
Ayan Biswas와 동료들은 외계 행성 YZ Ceti b에서 나오는 자기장의 지문을 감지했습니다.
아얀 비스와스 제공
어느 연구에도 참여하지 않은 Shkolnik은 결과가 유망하다고 말했습니다. “아직 확정이라고 생각하지는 않지만 매우 시사하는 바가 큽니다.”라고 그녀는 말했습니다. 보다 확실한 탐지를 위해서는 별과 주기적인 전파 스파이크에 대한 더 많은 관찰이 필요합니다. 그녀와 다른 사람들은 지구에서 40광년 떨어진 적색 왜성을 공전하는 지구 크기의 7개 세계로 구성된 TRAPPIST-1 시스템이나 (아마도) 암석 행성을 호스팅하는 4.25 광년으로 지구에서 가장 가까운 별인 적색 왜성 프록시마 센타우리에 대해서도 유사한 관찰이 시도될 수 있기를 바라고 있습니다.
달을 향해
외행성 자기장을 찾는 것은 그것이 얼마나 널리 퍼져 있고 행성이 어떻게 자성을 만드는지 이해하는 데 중요합니다. 네덜란드 전파천문학연구소의 천문학자 로버트 카바나는 "우리는 행성에서 이런 것들이 어떻게 생성되는지에 대해 실제로 놀라운 이해를 갖고 있지 않습니다."라고 말했습니다.
우리 태양계에서는 발전기가 핵심인 것 같습니다. 그러나 발전기가 행성 자기장을 생성하는 유일한 방법은 아닐 수도 있습니다. 특히 지금까지 발견된 가장 일반적인 유형의 외계 행성 중 하나인 "슈퍼 지구"(지구와 해왕성 사이에 질량이 있는 세계)에서는 더욱 그렇습니다. 로체스터 대학의 행성 과학자인 나카지마 미키(Miki Nakajima)는 행성 내부의 열 변동이 내부는 녹았지만 단단한 핵이 없는 세계 내부에서 일을 할 수 있는지 조사하고 있습니다. 그녀는 “나는 마그마 바다가 자기장을 생성할 수 있는지에 관심이 있다”며 “마그마 바다는 슈퍼지구에서 꽤 흔할 것”이라고 언급했다.
그러나 천문학자들은 일회성 탐지에서 원하는 인구 조사 유형으로 검색을 전환하려면 새로운 기술이 필요하다고 말합니다.
Knapp이 진행 중인 GO-LoW라는 아이디어 중 하나는 수천 대의 소형 우주선을 사용하여 외계 행성의 전파를 연구하는 것입니다. 또 다른 아이디어는 NASA가 제안한 무선 어레이인 FARSIDE로, 지구의 무선 간섭이 없는 달의 뒷면에 배치됩니다. 이러한 프로젝트 중 하나라도 결실을 맺게 된다면 천문학자들은 이러한 영원한 미스터리를 풀거나 더 많은 불가사의한 즐거움을 발견할 수 있을 것입니다.
"목성 크기의 필드가 있는 지구를 찾을 수 있을까요, 아니면 지구 크기의 필드가 있는 목성을 찾을 수 있을까요?" 냅이 말했다. “모르겠지만 꼭 알고 싶습니다.”
수정일: 2023년 8월 8일.
로버트 카바나 소속이 업데이트되었습니다.
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