Kepler-90

Kepler-90의 크기가 달라지면 행성 정보는 어떻게 바뀔까?

Kepler 우주망원경은 Kepler-90의 행성 지름을 직접 본 것이 아니라, 각 행성이 별빛을 얼마나 가렸는지 측정했다. 이 비율을 실제 행성 크기로 바꾸려면 중심별의 반지름을 알아야 한다. 예를 들어 별이 이전 추정보다 5% 크다면, 같은 양의 별빛을 가린 여덟 행성의 반지름도 모두 약 5% 커진다. 그래서 중심별을 더 정확히 측정할수록 행성들의 크기도 함께 정확해진다.

• 약 6,000K 여러 연구가 계산한 별의 표면 온도
• 태양의 약 1.2배 이 문서에서 행성값을 계산할 때 사용한 별의 질량
• 태양의 약 1.2배 이 문서에서 행성값을 계산할 때 사용한 별의 반지름
• 약 848파섹 약 2,770광년에 해당하는 지구와의 거리

행성이 가린 별빛으로 크기를 어떻게 잴까?

행성이 별의 한가운데를 지난다고 단순하게 가정하면, 줄어든 별빛의 비율은 행성과 별의 반지름 비율을 제곱한 값과 가깝다. 별빛이 1만분의 1 줄었다면 행성 반지름은 별 반지름의 약 100분의 1이라는 뜻이다. 이 단계에서 알 수 있는 것은 실제 길이가 아니라 별과 비교한 크기다.

Kepler-90의 반지름을 태양의 1.2배로 정해야 그 100분의 1을 km나 지구 반지름 단위로 바꿀 수 있다. 실제 분석에서는 행성이 별의 어느 부분을 지났는지, 별 가장자리가 중앙보다 얼마나 어두운지, 다른 별빛이 섞였는지도 함께 계산한다. 이런 보정을 거쳐도 행성의 실제 반지름이 중심별의 반지름에 따라 달라진다는 점은 같다.

Kepler가 직접 측정한 것은 행성이 가린 별빛의 비율이다. 행성의 실제 반지름은 이 비율과 Kepler-90의 반지름을 함께 사용해 계산한다.

공전 주기로 별과의 거리를 어떻게 계산할까?

행성의 통과가 14.4일마다 반복된다는 사실은 별의 밝기 자료에서 바로 확인할 수 있다. 반면 행성이 별에서 얼마나 떨어져 있는지는 공전 주기와 중심별의 질량을 이용해 계산한다. 별의 질량이 20% 달라지면 계산된 궤도 거리는 약 6% 달라진다. 이 변화는 같은 별을 도는 여덟 행성의 거리 계산에 모두 영향을 준다.

행성이 받는 에너지를 구하려면 별의 반지름과 온도도 필요하다. 별이 크고 뜨거울수록 더 많은 에너지를 내보내고, 행성이 멀수록 도달하는 에너지는 줄어든다. 따라서 h의 공전 주기 332일이 지구의 1년과 비슷하더라도 h와 지구가 같은 양의 에너지를 받는 것은 아니다.

Gaia는 별까지의 거리를 어떻게 잴까?

지구가 태양을 도는 동안 가까운 별은 아주 먼 별을 기준으로 조금씩 자리를 옮겨 보인다. Gaia는 Kepler-90에서 나타나는 이 작은 각도 변화를 측정했으며, 각도가 작을수록 별이 더 멀리 있다는 뜻이다. 현재 목록의 약 848파섹은 약 2,770광년에 해당한다. 2017년 NASA 발표의 약 2,545광년과 차이가 나는 것은 별이 그만큼 이동해서가 아니라 Gaia 자료와 계산 방법이 갱신됐기 때문이다.

거리와 여러 종류의 빛에서 측정한 밝기를 합치면 별이 실제로 내보내는 총에너지를 추정할 수 있다. 별빛을 자세히 나눈 분광 관측에서는 표면 온도와 철 같은 무거운 원소의 비율을 알아낸다. 연구진은 이 값들을 별의 진화 모형과 비교해 질량과 반지름, 나이를 계산한다. 연구마다 사용한 자료와 방법이 달라 약 5,970K와 6,238K처럼 결과에 차이가 난다. 약 6,000K와 태양의 약 1.2배는 여러 연구를 대표하는 값이며 오차가 전혀 없는 측정값은 아니다.

1. 별의 밝기 변화 통과 주기와 행성·별 반지름의 비율을 측정한다.
2. 분광 관측 별의 유효온도·금속 함량·표면 중력을 추정한다.
3. Gaia의 거리 측정 별의 거리와 실제 밝기를 더 정확히 계산한다.
4. 행성값 다시 계산 새로 구한 별의 값으로 여덟 행성의 반지름·궤도 거리·받는 에너지를 갱신한다.

별과 행성의 측정 오차는 어떻게 구분할까?

별의 반지름을 수정하면 여덟 행성의 반지름도 모두 같은 비율로 바뀐다. 하지만 각 행성의 측정 오차까지 똑같은 것은 아니다. 작은 행성은 가리는 별빛이 적어 잡음의 영향을 더 받는다. g와 h처럼 공전 주기가 길어 통과가 적게 관측된 행성은 주기와 궤도 계산의 오차가 더 크다. 행성들이 서로 끌어당겨 통과 시각을 바꾸는 정도와 행성 중력 때문에 별이 움직이는 정도도 질량 계산에 별도의 오차를 만든다.

따라서 중심별을 정확히 측정하면 여덟 행성의 크기와 궤도를 더 정확히 계산할 수 있지만, 각 행성에 관한 모든 정보를 알게 되는 것은 아니다. Kepler-90의 온도와 반지름, 질량은 행성을 해석하는 데 필요한 기본값이다. 각 행성의 질량과 대기, 내부 물질을 알려면 행성마다 추가 관측이 필요하다.

Kepler-90은 너무 멀리 있어 사진에서 둥근 표면을 구분할 수 없고 하나의 점처럼 보인다. 온도와 질량, 반지름, 거리는 별빛과 위치 변화를 측정한 뒤 별의 진화 모형과 함께 계산한 값이다. 사용한 자료와 연구 방법에 따라 대표값은 조금씩 다르다.

출처

• NASA Exoplanet Archive — Kepler-90 Stellar Parameters
• Astronomy & Astrophysics — KIC 11442793 Stellar and Planet Analysis
• The Astronomical Journal — Kepler-90 i Transit Validation
• The Astronomical Journal — Precise Planet Radii with Gaia
• The Astronomical Journal — Gaia–Kepler Stellar Properties Catalog
• The Astronomical Journal — Kepler-90 Radial Velocities and Transit Timing
• NASA Science — Kepler Transit Method