Kepler-90 b에서 무엇을 측정했고 무엇을 추정했을까?
Kepler-90 b는 약 7일마다 별 앞을 지난다. Kepler가 이 별을 관측한 약 4년 동안 통과가 일어날 기회는 200번이 넘었다. 반복 관측으로 공전 주기와 행성의 크기는 정확히 알 수 있지만, 질량은 알 수 없다. 현재 목록에 적힌 지구의 약 2.27배라는 질량도 b의 중력을 직접 측정한 값이 아니다. 크기가 비슷하고 질량이 알려진 다른 행성의 통계를 적용한 추정값이다.
- 약 7.008일 반복 통과로 측정한 공전 주기
- 지구의 약 1.31배 통과 깊이와 별 크기로 구한 반지름
- 지구의 약 2.27배 비슷한 크기의 행성 통계로 추정한 질량
- 지구의 약 316배 b가 받는 것으로 계산된 별의 에너지
반복 통과로 무엇을 정확히 알 수 있을까?
b가 중심별을 가리는 양은 별빛의 약 1만분의 1이다. 이런 밝기 감소가 한 번만 보인다면 기기 잡음이나 별 표면의 변화, 뒤쪽 쌍성의 밝기 변화와 헷갈릴 수 있다. 그러나 같은 깊이와 지속 시간의 신호가 7.008일마다 반복되면 행성이 별 앞을 지나간다는 설명이 훨씬 확실해진다.
모든 통과가 빠짐없이 기록된 것은 아니다. 관측이 중단되거나 다른 행성의 통과와 겹치고, 기기 상태 때문에 자료가 없는 구간도 있다. 그래도 공전 주기가 짧아 통과가 많이 반복되므로 다음 통과 시각과 평균적인 별빛 감소량을 정확히 계산할 수 있다. 여기에 중심별의 반지름을 적용하면 b의 반지름은 지구의 약 1.31배로 나온다.
반복 통과로 행성이 언제 별 앞을 지나고 얼마나 많은 별빛을 가리는지는 알 수 있다. 행성의 질량을 알려면 중력이 별이나 다른 행성에 미치는 영향을 따로 측정해야 한다.
행성이 가린 별빛으로 질량도 알 수 있을까?
크기가 같은 행성도 철과 암석이 얼마나 있는지, 물이나 두꺼운 기체층이 있는지에 따라 질량이 크게 달라질 수 있다. 통과 관측은 행성의 가로 크기를 알려 주지만 내부에 물질이 얼마나 들어 있는지는 보여 주지 않는다. 질량을 재려면 행성의 중력 때문에 별이 앞뒤로 움직이는 속도를 측정하거나, 이웃 행성들이 서로 끌어당겨 통과 시각을 바꾸는 정도를 분석해야 한다.
Kepler-90 b의 질량은 아직 이런 방법으로 확실하게 측정되지 않았다. NASA Exoplanet Archive의 약 2.27 지구질량은 이미 질량이 알려진 여러 행성에서 크기와 질량의 관계를 구한 뒤, b의 반지름을 넣어 추정한 값이다. b 자체의 중력을 잰 결과가 아니라 비슷한 크기의 행성들이 보이는 평균적인 경향을 적용한 값이다.
추정 질량으로 계산한 밀도는 무엇을 뜻할까?
추정 질량 2.27 지구질량과 반지름 1.31 지구반지름을 사용하면 평균 밀도는 지구와 비슷하게 나온다. 하지만 질량부터 반지름을 바탕으로 추정했으므로, 이 밀도를 별도의 측정 결과로 볼 수는 없다. 반지름을 이용해 질량을 추정한 다음 그 두 값으로 다시 밀도를 계산했기 때문이다.
여러 행성의 통계를 보면 b가 암석 위주일 가능성은 있지만 철핵의 비율과 물처럼 쉽게 증발하는 물질의 양, 대기의 존재는 알 수 없다. 실제 질량을 측정해 추정값보다 크거나 작다는 사실이 드러나면 밀도와 내부 구조에 대한 해석도 바뀐다. 따라서 목록에 나온 숫자뿐 아니라 그 숫자를 어떤 방법으로 얻었는지도 함께 확인해야 한다.
- 통과 반복 약 7.008일의 공전 주기와 평균 별빛 감소량을 측정한다.
- 별의 반지름 적용 b의 반지름을 지구의 약 1.31배로 계산한다.
- 다른 행성과 비교 비슷한 크기의 행성 통계에서 약 2.27 지구질량을 추정한다.
- 앞으로 필요한 측정 b의 중력이 별이나 이웃 행성에 미치는 영향을 관측해 실제 질량을 구해야 한다.
Kepler-90 b의 실제 표면 온도는 알 수 있을까?
b는 별에서 약 0.074AU, 약 1,110만km 떨어져 있다. b가 받는 에너지는 지구가 태양에서 받는 양의 약 316배로 계산된다. 별빛을 얼마나 반사하는지와 열이 행성 전체로 어떻게 퍼지는지를 단순하게 가정한 온도는 약 1,062K, 섭씨 약 790도다. 매우 강한 열을 받는 행성이라는 점은 분명하지만, 이 온도는 실제 표면에서 측정한 값이 아니다.
대기가 있다면 밝은 쪽의 열을 어두운 쪽으로 옮기거나 특정한 빛의 에너지를 가둘 수 있다. 표면이 별빛을 많이 반사하면 흡수하는 에너지도 줄어든다. 현재 통과 자료만으로는 b의 대기와 표면 상태를 알 수 없다. 통과가 여러 번 관측됐다는 사실은 공전 주기와 크기를 정확히 안다는 뜻이며, 질량과 대기, 표면까지 모두 안다는 뜻은 아니다.
페이지에 보이는 뜨거운 암석 표면은 관측 사진이 아니라 이해를 돕기 위한 그림이다. 공전 주기와 별빛 감소량, 반지름은 b의 통과 관측에 근거한다. 지구의 2.27배라는 질량은 다른 행성과 비교한 추정값이고, 섭씨 약 790도는 대기와 반사율을 단순하게 가정한 계산값이다.
출처
- NASA Exoplanet Archive — Kepler-90 b Parameters and Mass Provenance
- Astronomy & Astrophysics — Kepler-90 System Analysis
- The Astrophysical Journal — Validation of Multiple Kepler Systems
- The Astrophysical Journal — Probabilistic Mass–Radius Relation
- The Astrophysical Journal — Forecasting Masses from Radii
- NASA Science — Kepler Transit Method
- NASA Exoplanet Archive — Kepler Data Products