근처의 슈퍼 지구는 외계 생명체를 찾을 수 있는 최고의 기회일 수 있습니다

Penn State 대학의 Verne M. Willaman 천문학 교수이자 최근 논문의 공동 저자인 Suvrath Mahadevan은 “우리는 이러한 유형의 행성을 찾는 이유는 다른 곳에서 생명체를 찾을 수 있는 가장 좋은 기회이기 때문입니다.”라고 말했습니다. 천문 저널. “외계 행성은 거주 가능 구역, 즉 ‘골디락스 존(Goldilocks Zone)’에 있습니다. 이는 대기가 적절하다면 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 항성으로부터 적절한 거리에 있습니다.”

20년 간의 관찰을 통해 획기적인 발전이 이루어졌습니다.

수년 동안 액체 상태의 물을 수용할 수 있는 행성을 찾는 천문학자들은 별빛의 극히 희미한 변화를 감지할 수 있는 더욱 발전된 망원경과 모델링 도구를 개발해 왔습니다. Mahadevan에 따르면, 이 새로운 결과는 20년 이상의 관찰에서 비롯되었으며 잠재적으로 거주 가능한 세계를 조사할 수 있는 가장 강력한 기회 중 하나를 나타냅니다.

외계 행성은 별빛을 구성 요소로 분리하는 정교한 프리즘 역할을 하는 고정밀 근적외선 분광기인 거주 가능 구역 행성 찾기(HPF)의 데이터를 사용하여 식별되었습니다. HPF는 텍사스 맥도널드 천문대에 있는 하비-에벌리 망원경에 설치되어 있으며, 펜실베이니아 주립대 연구진은 근처 별을 공전하는 지구와 같은 행성에 대한 검색을 지원하기 위해 HPF의 설계와 건설을 주도했습니다.

Mahadevan은 “우리는 그것을 거주 가능 구역 행성 찾기(Habitable Zone Planet Finder)라고 부릅니다. 왜냐하면 우리는 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 별로부터 적절한 거리에 있는 세계를 찾고 있기 때문입니다. 이것이 이번 조사의 핵심 목표였습니다”라고 Mahadevan은 말했습니다. “이 발견은 향후 5~10년 안에 다른 곳의 대기에 있는 생명체의 특징을 찾는 데 있어 가장 좋은 후보 중 하나를 나타냅니다.”

미묘한 별의 흔들림 감지

Mahadevan과 그의 팀은 20년 동안 전 세계에서 수집된 대규모 측정 세트를 연구했습니다. 그들의 분석은 궤도를 도는 행성의 중력에 의해 발생하는 호스트 별 GJ 251의 작지만 측정 가능한 “흔들림”에 초점을 맞췄습니다. 이러한 움직임은 별빛의 약간의 도플러 이동으로 나타납니다.

그들은 먼저 이전에 알려진 내부 행성인 GJ 251 b에 대한 측정을 개선했습니다. GJ 251 b는 14일마다 궤도를 완료합니다. 연구진은 장기간의 관측과 새로운 고정밀 HPF 데이터를 결합하여 54일마다 반복되는 더 강력한 신호를 감지하여 더 거대한 두 번째 행성의 존재를 지적했습니다. Penn State 연구원이 제작하고 애리조나의 Kitt Peak National Observatory에서 작동하는 또 다른 장비인 NEID 분광계에서 추가 확인이 이루어졌습니다.

캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스에서 천체 물리학 박사 학위를 취득하면서 연구를 수행한 논문의 교신 저자인 Corey Beard는 “우리는 이 시스템을 통해 기술과 분석 방법의 최첨단에 있습니다.”라고 말했습니다. “이 후보를 직접 촬영하려면 차세대 망원경이 필요하지만, 우리에게 필요한 것은 지역 사회 투자입니다.”

항성 활동을 극복하여 행성 신호를 밝히다

외계 행성 탐지의 주요 어려움 중 하나는 행성의 신호를 별 자체의 자기 활동에서 분리하는 것입니다. Mahadevan은 이를 항성 날씨의 한 형태에 비유했습니다. 별점과 기타 표면 특징은 궤도를 도는 행성에 의해 생성되는 주기적인 변화를 모방하여 행성이 존재하는 듯한 착각을 불러일으킬 수 있습니다. 두 가지를 구별하기 위해 팀은 다양한 색상의 빛에서 신호가 어떻게 작동하는지 조사하는 고급 모델링 기술을 사용했습니다.

Mahadevan은 “이것은 별의 활동을 억제하고 미묘한 신호를 측정하고 본질적으로 거품이 이는 별 표면의 자기권 가마솥에서 약간의 신호를 알아내는 측면에서 어려운 게임입니다.”라고 Mahadevan은 말했습니다.

그는 GJ 251 c와 같은 행성을 탐지하는 것은 정교한 장비뿐만 아니라 복잡한 분석과 국제적인 팀워크에도 달려 있다고 지적했습니다. 의미 있는 발견이 나타나기까지 수십 년이 걸릴 수 있기 때문에 이러한 프로젝트에는 장기적인 자금 조달과 조정이 필요합니다.

협업 및 고급 도구로 발견 가능

펜실베니아 주립대학교 컴퓨터 및 데이터 과학 연구소(ICDS)의 연구 책임자이자 천문학 및 천체물리학 교수인 에릭 포드(Eric Ford)는 “이번 발견은 펜실베이니아 주립대학의 다학문적 연구의 힘을 보여주는 훌륭한 예입니다.”라고 말했습니다. “항성 활동 소음을 완화하려면 최첨단 장비와 망원경 접근뿐만 아니라 이 별과 장비 조합의 특정 요구에 맞게 데이터 과학 방법을 맞춤화해야 했습니다. 절묘한 데이터와 최첨단 통계 방법의 결합을 통해 우리 학제간 팀은 데이터를 미래 관측소에서 태양계 너머 생명체의 증거를 검색할 수 있는 길을 닦는 흥미로운 발견으로 변환할 수 있었습니다.”

현재 기술로는 GJ 251 c의 직접적인 이미지를 생성할 수 없지만 앞으로 나올 망원경은 행성의 대기를 조사하여 잠재적으로 생명체의 화학적 흔적을 밝힐 수 있을 것이라고 Mahadevan은 말했습니다.

차세대 망원경을 위한 준비

“우리는 항상 미래에 초점을 맞추고 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “차세대 학생들이 최첨단 연구에 참여할 수 있도록 보장하거나 잠재적으로 거주 가능한 행성을 탐지하기 위한 새로운 기술을 설계 및 구축할 수 있는지 여부입니다.”

GJ 251 c는 미래의 첨단 망원경이 직접 연구할 수 있는 위치에 자리잡고 있다. Mahadevan과 그의 학생들은 이미 별의 거주 가능 구역 내에서 암석 행성을 이미징할 수 있는 장비를 탑재할 30미터급 지상 망원경 시대를 준비하고 있습니다.

마하데반은 “아직 GJ 251 c에 대기나 생명체가 존재하는지 확인할 수는 없지만 이 행성은 미래 탐사의 유망한 목표가 될 것”이라고 말했다. “우리는 흥미로운 발견을 했지만 이 행성에 대해 아직 배울 것이 훨씬 더 많습니다.”

미국 국립 과학 재단, NASA 및 Heising-Simons 재단은 이 연구의 Penn State 측면을 지원했습니다.