실리카 얼음은 뜨거운 외계 행성 목성의 불 같은 대기를 둘러싸고 있습니다.

실리카 “눈” 조각이 과열되고 푹신한 외계행성 WASP-17 b의 하늘을 가득 채웠습니다.

지구상에서 가장 흔하고 친숙한 광물 중 하나를 살펴보는 것은 헤드라인을 장식할 가치가 거의 없습니다. 석영은 전 세계의 해변 모래, 건축용 돌, 정동석 및 보석 상점에서 발견됩니다. 이를 녹여 유리를 만들고, 실리콘 마이크로칩으로 정제하고, 시간을 기록하는 시계에 사용합니다.

그렇다면 최신 발견과 차이점은 무엇입니까? NASA‘에스 제임스 웹 우주 망원경? 문자 그대로 수정이 허공에서 나타나는 것을 상상해 보십시오. 사람의 머리카락 하나에 10,000개의 알갱이가 나란히 들어갈 수 있을 만큼 작은 반짝이는 알갱이의 안개입니다. 뾰족한 유리 나노입자 떼가 푹신한 가스 거인의 뜨거운 대기를 질주합니다. 외계행성 시속 수천 마일.

적어도 700만 마일 이상의 거리에서 별빛에 대한 결정의 극히 미묘한 영향을 측정하는 Webb의 독특한 능력은 외계 대기의 구성에 대한 중요한 정보와 날씨에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

2023년 3월 12~13일 MIRI(Webb Mid-Infrared Instrument)가 포착한 거대 고온가스 외행성 WASP-17 b의 투과 스펙트럼은 외행성의 구름에 석영(결정질 실리카, SiO2)이 존재한다는 첫 번째 증거를 보여줍니다. .
이 스펙트럼은 행성이 별을 통과할 때 나타나는 중적외선의 28개 파장대의 밝기 변화를 측정해 만들어졌다. Webb은 저해상도 MIRI 분광계를 사용하여 약 10시간 동안 WASP-17 시스템을 관찰했으며, 이동 전, 도중 및 후에 1,275개 이상의 측정값을 수집했습니다.
각 파장에 대해 행성의 대기에 의해 차단된 빛의 양(흰색 원)은 별이 원래 방출한 양에서 대기를 통과한 양을 빼서 계산되었습니다.
보라색 실선은 Webb(MIRI), Hubble 및 Spitzer 데이터에 가장 적합한 모델입니다. (허블과 스피처 데이터는 0.34~4.5 미크론의 파장을 다루며 그래프에는 표시되지 않습니다.) 스펙트럼은 약 8.6 미크론에서 명확한 특징을 보여줍니다. 천문학자들은 이것이 대기를 통과하는 별빛의 일부를 흡수하는 실리카 입자에 의해 발생한다고 믿고 있습니다. .
노란색 점선은 WASP-17 b 대기의 구름에 SiO2가 포함되어 있지 않은 경우 투과 스펙트럼의 이 부분이 어떻게 보이는지 보여줍니다.
외계 행성에서 SiO2가 식별된 것은 이번이 처음이며, 지나가는 외계 행성에서 특정 유형의 구름이 식별된 것도 처음입니다.
이미지 제공: NASA, ESA, CSA, Ralph Crawford(STScI), David Grant(브리스톨 대학교), Hannah R. Wakeford(브리스톨 대학교), Nicole Lewis(코넬 대학교)

웹 우주 망원경은 거대한 뜨거운 가스 구름에서 작은 석영 결정을 감지합니다.

NASA의 제임스 웹 우주망원경을 사용하는 연구자들은 뜨거운 행성인 WASP-17 b의 고고도 구름에서 석영 나노결정의 증거를 발견했습니다. 목성 지구에서 1,300광년 떨어진 외계행성. MIRI(Webb의 중적외선 장비)를 사용하여 독특하게 가능해진 이 발견은 실리카(SiO)가 처음으로 발견되었음을 의미합니다.₂) 외계 행성의 대기에서 입자가 감지되었습니다.

“우리는 매우 기뻤습니다!” 데이비드 그랜트(David Grant) 연구원 브리스톨대학교 영국에서 오늘(10월 16일) 발표된 논문의 첫 번째 저자입니다. 천체 물리학 저널 편지. “우리는 허블 관측을 통해 구름이나 안개를 형성하는 작은 입자인 에어로졸이 WASP-17 b의 대기에 존재해야 한다는 것을 알고 있었지만 그것이 석영으로 만들어질 것이라고는 예상하지 못했습니다.”

규산염(규소와 산소가 풍부한 광물)은 지구와 달은 물론 태양계의 다른 암석체의 대부분을 구성하며 은하계 전체에 매우 흔합니다. 그러나 이전에 외계 행성과 갈색 왜성 대기에서 발견된 규산염 입자는 순수한 SiO인 석영이 아닌 감람석 및 휘석과 같은 마그네슘이 풍부한 규산염으로 만들어진 것으로 보입니다.₂.

NASA Ames 연구 센터와 NASA Goddard 우주 비행 센터의 연구원도 포함된 이 팀의 발견은 외계 행성 구름이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 우리의 이해에 새로운 방향을 제시합니다. “우리는 마그네슘 규산염을 볼 것으로 기대하고 있었습니다”라고 공동 저자이자 브리스톨 대학의 Hannah Wakeford가 말했습니다. “그러나 우리가 보는 것은 그 입자의 구성 요소일 가능성이 높습니다. 차가운 외계 행성과 갈색 왜성에서 발견되는 더 큰 규산염 입자를 형성하는 데 필요한 작은 ‘씨앗’ 입자일 가능성이 높습니다.”

미묘한 차이점을 찾아보세요

목성 크기의 7배가 넘는 부피와 목성의 절반 미만의 질량을 지닌 WASP-17 b는 알려진 외계 행성 중 가장 크고 가장 부풀어 오른 행성 중 하나입니다. 이는 지구의 3.7일에 불과한 짧은 궤도 주기와 결합되어 이 행성을 투과 분광학(별빛에 대한 행성 대기의 필터링 및 산란 효과를 측정하는 기술)에 이상적입니다.

Webb은 약 10시간 동안 WASP-17 시스템을 모니터링하여 행성이 별을 통과할 때 5~12 마이크론 중적외선 밝기에 대한 1,275개 이상의 측정값을 수집했습니다. 연구팀은 별의 밝기에서 행성이 별 앞에 있을 때 망원경에 도달한 빛의 개별 파장의 밝기를 빼서 각 파장이 행성의 대기에 의해 얼마나 차단되는지 계산할 수 있었습니다.

나타난 것은 8.6 미크론에서 예상치 못한 “범프”였습니다. 이는 구름이 규산 마그네슘이나 산화알루미늄과 같은 잠재적으로 고온 에어로졸로 만들어진 경우에는 예상되지 않았지만 석영으로 만들어진 경우에는 완벽하게 이해되는 특징입니다. .

수정, 구름과 바람

이러한 결정은 지구상의 정동석 및 보석 상점에서 발견되는 뾰족한 육각형 프리즘과 모양이 유사할 수 있지만 각각의 크기는 약 10나노미터(100만분의 1센티미터)에 불과합니다.

뜨거운 행성에 대한 3D 뷰 구축을 돕기 위해 설계된 GTO(Guaranteed Time Observation) 웹 프로그램을 이끌고 있는 공동 저자인 코넬 대학의 Nicole Lewis는 “허블 데이터는 실제로 이러한 입자의 크기를 결정하는 데 중요한 역할을 했습니다.”라고 설명했습니다. 목성의 대기. “우리는 Webb의 MIRI 데이터만으로 실리카의 존재를 알고 있지만, 결정이 얼마나 큰지 알기 위해서는 허블의 가시광선 및 근적외선 관측이 필요했습니다.”

지구의 구름에서 발견되는 광물 입자와 달리 WASP-17 b의 구름에서 발견된 석영 결정은 암석 표면에서 발견되지 않았습니다. 대신, 대기 자체에서 발생합니다. “WASP-17 b는 매우 뜨겁습니다 – 약 2,700도 에프 (1500도 섭씨) – 대기 중 수정 결정이 형성되는 압력은 지구 표면에서 경험하는 압력의 약 1/1000을 초과하지 않습니다. “이러한 조건에서 액체상을 먼저 거치지 않고 가스에서 직접 고체 결정이 형성될 수 있습니다.”

구름의 구성 요소를 이해하는 것은 지구 전체를 이해하는 데 중요합니다. WASP-17 b와 같은 뜨거운 목성은 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며 수증기(H)와 같은 소량의 다른 가스도 포함되어 있습니다.₂O) 및 이산화탄소(CO₂). “이러한 가스에 포함된 산소만 고려하고 석영(SiO)과 같은 광물에 갇혀 있는 모든 산소를 포함하지 않는다면,₂우리는 전반적인 풍부함을 극적으로 줄일 것입니다.”라고 Wakeford는 설명했습니다. “이 아름다운 실리카 결정은 다양한 물질의 목록과 이 물질이 어떻게 결합되어 이 행성의 환경을 형성하는지 알려줍니다.”

석영이 얼마나 많이 존재하는지, 구름이 얼마나 널리 퍼져 있는지를 정확하게 판단하는 것은 어렵습니다. 그랜트는 “우리가 관측하고 있는 지역인 낮과 밤 사이의 전환 과정에 구름이 존재할 가능성이 높다”고 말했다. 행성은 매우 더운 낮과 시원한 밤으로 조석 고정되어 있기 때문에 구름이 행성 주위를 공전할 가능성이 높지만 더 뜨거운 낮에 도달하면 증발합니다. “바람은 이 작은 유리 입자를 시속 수천 마일의 속도로 움직일 수 있습니다.”

WASP-17 b는 JWST 과학자 팀이 DREAMS(Resolution Multi-Instrument Spectroscopy) 프로브를 사용하여 외행성 대기에 대한 심층 정찰을 위해 목표로 삼은 세 개의 행성 중 하나입니다. DREAMS는 각 주요 단일 대표에 대한 포괄적인 관측 세트를 수집하도록 설계되었습니다. 외계 행성의 종류. : 목성은 뜨겁고 따뜻하다 해왕성그리고 적당한 암석 행성입니다. 뜨거운 목성 WASP-17 b에 대한 MIRI 관측은 GTO 1353 프로그램의 일부로 이루어졌습니다.

참조: “JWST-TST 꿈: WASP-17b 대기의 석영 구름” 작성자: David Grant, Nicole K. 루이스, 한나 R. 웨이크포드, 나타샤 E. 바탈하, 안나 글리든, 자예시 고얄, 엘리야 멀린스, 라이언 J. 맥도날드, 에린 M. 메이, 사라 시거, 케빈 B. 스티븐슨, 제프 A. 발렌티, 채넌 피셔, 릴리 앨더슨, 나탈리 H. 앨런, 칼렙 I. 카냐스, 켄콜 콜론, 마크 클램핀, 네스토르 에스피노자, 아멜리 그레시에, 징성 황, 지판 린, 더글라스 롱, 다나 R. 로우, 마리아 페냐 게레로, 수크리트 랑간, 크리스틴 S. 소첸, 다니엘 발렌타인, 제이 앤더슨, 윌리엄 O. 팔머, 안드레아 벨리니, Kellan K. W. Hoch, Jens Kammerer, Mattia Liberalto, C. Matt Mountain, Marshall de Perrin, Laurent Boyot, Emily Rickman, Isabel Rebolledo, Sangmo Tony Son, Roland P. van der Marel 및 Laura L. Watkins, 2023년 10월 16일, 천체 물리학 저널 편지.
도이: 10.3847/2041-8213/acfc3b

제임스 웹 우주 망원경은 세계 최고의 우주 과학 관측소입니다. Webb은 태양계의 미스터리를 풀고, 다른 별 주변의 머나먼 세계 너머를 바라보며, 우주의 신비한 구조와 기원, 그리고 그 안에 있는 우리의 위치를 ​​탐구합니다. WEB은 NASA가 파트너인 유럽 우주국(ESA)과 함께 주도하는 국제 프로그램입니다.유럽 ​​우주국) 및 캐나다 우주국.