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새로운 알고리즘으로 숨겨진 원자적 행동 밝혀내다

로체스터 대학(University of Rochester)의 연구원들은 나노크기 촉매가 프로판을 프로필렌으로 변환할 때 발생하는 복잡한 화학을 제어하는 ​​원자 특징을 식별할 수 있는 알고리즘을 만들었습니다. 그들의 연구는 미국 화학 학회지관련된 재료가 여러 상태 사이에서 이동하기 때문에 더욱 복잡해지는 이러한 상세한 상호 작용을 탐구합니다.

“촉매 활성 부위에서 일어나는 일에는 매우 다양한 가능성이 있습니다. 따라서 존재하는 많은 가능성을 통해 매우 쉽고 논리적으로 선별하고 가장 중요한 가능성에 초점을 맞추는 알고리즘 접근 방식이 필요합니다”라고 화학 및 지속 가능성 공학과의 조교수인 Siddharth Deshpande는 말합니다. “우리는 알고리즘을 개선하고 이를 사용하여 이 매우 복잡한 반응을 일으키는 금속상과 산화물상의 매우 상세한 분석을 수행했습니다.”

예상치 못한 산화물 거동 및 촉매 안정성

Deshpande와 그의 화학 공학 박사 과정 학생 Snehitha Srirangam은 조사 중에 몇 가지 예상치 못한 패턴을 발견했습니다. 그들은 반응에서 산화물이 매우 선택적인 방식으로 결함이 있는 금속 부위 주위에 형성되는 경향이 있다는 것을 발견했는데, 이는 촉매 안정화에 필수적인 역할을 하는 특징입니다. 산화물이 다양한 화학적 조성으로 나타날 수 있음에도 불구하고 결함이 있는 금속 부위 주변에 일관되게 남아 있었습니다.

산업 화학의 더 넓은 잠재력

Deshpande에 따르면, 이러한 발견과 이를 얻기 위해 사용된 알고리즘 도구는 연구자들이 페인트에서 연료 전지에 이르는 제품에 사용되는 메탄올 합성을 포함하여 다른 반응의 원자 구조를 조사하는 데 도움이 될 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 그는 이러한 통찰력이 기업이 수십 년 동안 이 분야를 지배해 온 시행착오 접근 방식에 대한 의존도를 줄이면서 프로필렌 및 ​​기타 산업 재료를 생산하는 보다 효율적인 방법으로 기업을 안내할 수 있다고 믿습니다.

“우리의 접근 방식은 매우 일반적이며 수십 년 동안 수수께끼로 남아 있던 이러한 프로세스 중 많은 부분을 이해할 수 있는 문을 열 수 있습니다.”라고 Deshpande는 말합니다. “우리는 이러한 프로세스가 작동한다는 것을 알고 있으며 수많은 화학 물질을 생산하지만 정확히 왜 작동하는지에 대해 배울 것이 많습니다.”

이 폭발은 태양에서 자주 발생하는 폭발의 일종인 코로나 질량 방출(CME)로 확인되었습니다. CME가 진행되는 동안 엄청난 양의 하전 입자와 플라즈마가 별에서 바깥쪽으로 밀려나와 주변 공간을 채웁니다. 이러한 극적인 폭발은 우리가 우주 날씨라고 부르는 현상을 주도하고 지구의 오로라와 같은 사건에 영향을 미치며 점차적으로 이웃 행성의 대기를 침식할 수 있습니다.

과학자들은 오랫동안 다른 별들이 그들 자신의 CME를 생성한다고 의심해 왔지만 설득력 있는 증거는 아직 파악하기 어렵습니다. 이제 그 격차가 채워졌습니다.

“천문학자들은 수십 년 동안 다른 별에서 CME를 발견하고 싶어했습니다.”라고 네덜란드 전파 천문학 연구소(ASTRON)의 Joe Callingham이 말했습니다. 자연. “이전 발견에서는 물질이 존재한다고 추론하거나 존재를 암시했지만 물질이 확실히 우주로 탈출했다는 사실을 실제로 확인하지는 못했습니다. 이제 처음으로 이 작업을 수행했습니다.”

희귀한 무선 신호로 별에서 탈출하는 물질 표시

CME가 별의 바깥층을 통과하여 주변 지역으로 밀려나면서 갑작스러운 전파(빛의 한 형태) 폭발과 함께 충격파를 생성합니다. 조와 그의 동료들은 이 짧고 강렬한 무선 신호를 감지하여 약 130광년 떨어진 별까지 추적했습니다.

“이런 종류의 무선 신호는 물질이 별의 강력한 자력 거품을 완전히 떠나지 않는 한 존재하지 않을 것입니다”라고 Joe는 덧붙입니다. “즉, CME로 인해 발생한 것입니다.”

행성을 태울 만큼 강력한 힘을 지닌 과잉 활동성 적색 왜성

폭발을 일으키는 별은 적색 왜성으로, 태양보다 훨씬 더 차갑고 어둡고 작은 유형의 별입니다. 이 별은 몇 가지 주요 측면에서 우리 태양과 다릅니다. 질량은 태양의 절반 정도이고, 회전 속도는 20배 더 빠르며, 자기장은 약 300배 더 강합니다. 은하수에서 발견된 대부분의 행성은 이러한 유형의 별을 공전합니다.

무선 신호는 Observatoire de Paris-PSL의 공동 저자인 Cyril Tasse와 Philippe Zarka가 개발한 새로운 데이터 처리 기술 덕분에 저주파 어레이(LOFAR)로 감지되었습니다. 그런 다음 팀은 ESA의 XMM-Newton을 사용하여 별의 온도, 회전 및 X선 밝기를 측정했습니다. 이러한 세부 사항은 무선 폭발을 해석하고 폭발의 성격을 결정하는 데 필요했습니다.

“우리는 전파를 감지하기 위해 LOFAR의 감도와 주파수가 필요했습니다”라고 ASTRON에서 Joe와 함께 일하는 박사 과정 학생인 공동 저자 David Konijn은 말합니다. “그리고 XMM-뉴턴이 없었다면 우리는 CME의 움직임을 결정하거나 이를 태양의 맥락에 넣을 수 없었을 것입니다. 둘 다 우리가 발견한 것을 증명하는 데 중요합니다. 망원경만으로는 충분하지 않았을 것입니다. 둘 다 필요했습니다.”

그들의 측정에 따르면 CME는 초당 약 2400km의 속도로 이동하고 있었습니다. 빠르게 발생하는 CME는 태양에서 발생하는 2000번의 사건 중 약 1번에서만 발생합니다. 폭발은 또한 이 별 근처를 공전하는 어떤 행성이라도 그 별의 대기를 완전히 제거할 수 있을 만큼 밀도가 높고 에너지가 넘쳤습니다.

적색왜성 주변의 생명체에 대한 영향

이러한 CME의 대기 제거 능력은 태양계 너머의 생명체를 찾는 데 중요한 요소입니다. 행성의 거주 가능성은 행성이 적절한 대기 조건을 갖춘 행성 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 별의 ‘거주 가능 구역’ 내에 속하는지 여부와 관련이 있는 경우가 많습니다. 이 개념은 Goldilocks 아이디어와 유사합니다. 너무 가까우면 너무 뜨겁고, 너무 멀면 너무 차갑고, 중간 영역이 잠재적으로 딱 맞습니다.

그러나 강한 폭발과 극단적인 우주 기상 현상을 자주 일으키는 별은 위치가 좋은 행성에서도 대기를 빼앗을 수 있습니다. 반복적으로 고에너지 CME에 노출된 세계는 일반적으로 생명체에 적합하다고 간주되는 거리에서 궤도를 돌더라도 맨 바위로 축소될 수 있습니다.

네덜란드 Noordwijk에 있는 유럽 우주 연구 및 기술 센터(ESTEC)의 ESA 연구원인 Henrik Eklund는 “이 연구는 다른 별 주변의 폭발과 우주 기상을 연구하고 이해하기 위한 새로운 관측의 지평을 열었습니다.”라고 덧붙였습니다.

“우리는 더 이상 태양의 CME에 대한 이해를 다른 별에 적용하는 데 국한되지 않습니다. 강렬한 우주 날씨는 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성의 주요 호스트인 작은 별 주변에서 훨씬 더 극단적인 것으로 보입니다. 이는 이러한 행성이 어떻게 대기를 유지하고 시간이 지나도 거주 가능한 상태를 유지하는지에 대한 중요한 의미를 갖습니다.”

극한 우주 기상 연구 확대

이 발견은 또한 SOHO, Proba 시리즈, Swarm 및 Solar Orbiter를 포함한 임무를 통해 ESA가 오랫동안 연구한 분야인 우주 기상에 대한 지식을 더욱 광범위하게 심화시킵니다.

XMM-뉴턴은 우주 전체의 고에너지 환경을 조사하는 주요 관측소로 남아 있습니다. 1999년 발사 이후 은하핵을 탐사하고, 항성 진화를 연구하고, 블랙홀 주변 지역을 조사하고, 먼 별과 은하에서 강렬한 방사선의 폭발을 관찰했습니다.

ESA XMM-Newton 프로젝트 과학자 Erik Kuulkers는 “XMM-Newton은 이제 CME가 별에 따라 어떻게 다른지 발견하는 데 도움을 주고 있습니다. 이는 별과 태양에 대한 연구뿐만 아니라 다른 별 주변의 거주 가능한 세계를 찾는 데에도 흥미로운 일입니다.”라고 말합니다. “이것은 또한 모든 성공적인 과학을 뒷받침하는 협업의 엄청난 힘을 보여줍니다. 이번 발견은 진정한 팀 노력이었으며 태양 너머의 CME에 대한 수십 년 간의 탐색을 해결했습니다.”

초음속 여행을 열망에서 현실로 바꾸는 데 중점을 두고 있는 Nicholaus Parziale 교수는 “정말로 지구가 줄어들고 있습니다”라고 말합니다. Parziale는 최근 극한 속도의 유체 역학에 대한 연구를 인정받아 과학자 및 엔지니어를 위한 대통령 조기 경력 상을 받았습니다. “여행을 더 빠르고, 쉽고, 즐겁게 만들 것입니다.”

마하 10의 속도로 비행하는 도전

단 한 시간 안에 세계의 절반을 커버하는 것은 불가능해 보일 수 있지만 기술은 보이는 것만큼 멀지 않습니다. 일부 군용 항공기는 이미 마하 2 또는 마하 3의 속도에 도달했는데, 이는 음속의 2~3배에 달하는 속도를 의미합니다. 마하 1은 시속 약 760마일에 해당합니다. 로스앤젤레스에서 시드니까지 60분 만에 이동하려면 항공기가 마하 10에 도달해야 합니다. 가장 큰 장애물은 이러한 극한 속도로 비행하는 동안 발생하는 엄청난 난기류와 열입니다.

낮은 속도에서 항공기 주변의 공기가 움직이는 방식과 더 빠른 속도에서 공기가 움직이는 방식 사이에는 근본적인 차이가 있습니다. 엔지니어들은 이러한 조건을 비압축성 흐름과 압축성 흐름으로 설명합니다. 더 낮은 속도(시속 약 마하 0.3 또는 225마일 미만)에서 발생하는 비압축성 흐름에서는 공기 밀도가 거의 동일하게 유지됩니다. 이러한 일관성은 항공 설계를 단순화합니다. 항공기가 음속보다 빠르게 움직이면 공기 흐름은 대신 압축 가능해집니다. “그 이유는 가스가 ‘눌러질’ 수 있기 때문입니다.”라고 Parziale은 설명합니다. 이는 압축할 수 있다는 의미입니다.

극초음속 설계에 공기 흐름 동작이 중요한 이유

공기가 압축되면 압력과 온도의 변화에 ​​따라 밀도가 변합니다. 이러한 변화는 항공기가 주변 공기와 상호 작용하는 방식에 영향을 미칩니다. “압축성은 공기 흐름이 몸 주위를 흐르는 방식에 영향을 미치며 이륙하거나 공중에 머무르는 데 필요한 양력, 항력 및 추력과 같은 것들을 변경할 수 있습니다.” 이러한 모든 요소는 항공기 설계에 중요한 역할을 합니다.

엔지니어들은 이미 “낮은 마하” 수치라고 불리는 음속 이하 또는 그 근처로 비행하는 항공기의 공기 흐름을 상당히 잘 이해하고 있습니다. 극초음속 항공기를 만들려면 마하 5, 마하 6, 심지어 마하 10에서 공기가 어떻게 행동하는지에 대한 더 깊은 이해가 필요합니다. 모르코빈의 가설에서 제공하는 지침을 제외하면 이러한 행동의 대부분은 여전히 ​​불확실합니다.

모르코빈의 가설과 극초음속 난류의 미스터리

20세기 중반 Mark Morkovin이 개발한 이 가설은 공기가 마하 5 또는 마하 6 정도로 이동할 때 난류의 기본 특성이 저속에서의 난류와 놀라울 정도로 유사하다고 제안합니다. 고속 기류는 온도와 밀도의 더 큰 변화를 수반하지만 Morkovin은 난류 운동의 일반적인 패턴이 대부분 일관되게 유지된다고 제안했습니다. “기본적으로 Morkovin의 가설은 난류 공기가 저속에서 고속으로 이동하는 방식이 크게 다르지 않다는 것을 의미합니다.”라고 Parziale은 말합니다. “가설이 맞다면 이렇게 빠른 속도에서 난류를 이해하는 데 완전히 새로운 방법이 필요하지 않다는 뜻입니다. 느린 흐름에 사용하는 것과 동일한 개념을 사용할 수 있습니다.” 이는 또한 미래의 극초음속 항공기가 완전히 다른 설계 철학을 요구하지 않을 수도 있음을 시사합니다.

그 중요성에도 불구하고 이 가설은 확실한 실험적 검증이 부족했습니다. 이러한 격차는 2025년 11월 12일 Nature Communications에 게재된 Morkovin 가설을 뒷받침하는 초음속 난류 수량 연구에 설명된 Parziale의 최근 연구로 이어졌습니다.

11년에 걸쳐 진행된 레이저 및 크립톤 실험

이번 연구에서 Parziale 팀은 크립톤 가스를 풍동에 도입하고 레이저를 사용하여 이를 이온화했습니다. 이 과정을 통해 크립톤 원자에 의해 형성된 직선의 빛나는 선이 잠깐 생성되었습니다. 그런 다음 고해상도 카메라는 이 조명 선이 기류를 통해 이동할 때 어떻게 구부러지고, 뒤틀리고, 왜곡되는지를 포착했습니다. 이는 잎이 강의 작은 소용돌이 흐름 내에서 표류하고 회전하는 방식과 유사합니다. “이 선이 가스와 함께 움직이면 흐름의 주름과 구조를 볼 수 있으며, 이를 통해 난류에 대해 많은 것을 배울 수 있습니다.”라고 Parziale은 말합니다. 그는 실험 장치를 개발하는 데 11년의 노력이 필요하다고 지적했습니다. “그리고 우리가 발견한 것은 마하 6에서 난류 거동이 비압축성 흐름에 매우 가깝다는 것입니다.”

Parziale의 그룹은 2016년 공군 과학 연구실 젊은 연구자 연구 프로그램(YIP), 2020년 해군 연구실(ONR) YIP로부터 초기 지원을 받았으며 최신 작업도 ONR의 자금 지원을 받았습니다.

미래의 비행 및 우주 접근에 대한 연구 결과의 의미

Morkovin의 가설은 아직 완전히 입증되지 않았지만 새로운 결과를 통해 과학자들은 극초음속을 견딜 수 있는 항공기를 설계하는 방법을 더 잘 이해할 수 있게 되었습니다. 연구 결과에 따르면 엔지니어는 이러한 극한 조건에 대해 항공기 설계에 대한 근본적인 접근 방식을 재창조할 필요가 없으며, 이는 과제를 크게 단순화합니다.

“오늘날 우리는 비행기를 설계하기 위해 컴퓨터를 사용해야 하며, 마하 6의 속도로 비행하는 비행기를 설계하기 위해 컴퓨터 리소스를 사용하여 모든 작고 미세한 세부 사항을 시뮬레이션하는 것은 불가능할 것입니다.”라고 Parziale은 설명합니다. “Morkovin의 가설을 통해 우리는 가정을 단순화하여 극초음속 차량을 설계하기 위한 계산 요구 사항을 더욱 실현 가능하게 만들 수 있습니다.”

Parziale은 동일한 원칙이 미래의 우주 접근을 변화시킬 수 있다고 덧붙였습니다. “초음속으로 비행하는 비행기를 만들 수 있다면 로켓을 발사하는 대신 우주로 날아갈 수도 있습니다. 그러면 지구 저궤도를 오가는 운송이 더 쉬워질 것입니다.”라고 그는 말합니다. “지구뿐 아니라 저궤도 운송의 판도를 바꾸는 획기적인 기술이 될 것입니다.”

수년 동안 과학자들은 우주에서 온 미세 입자가 꾸준히 지구로 떨어져 바다 퇴적물에 축적된다는 사실을 알고 있었습니다. 11월 6일에 발표된 연구 과학 이 우주 먼지가 나타나는 곳과 없는 곳을 식별하는 것은 수천 년 동안 해빙 범위가 어떻게 변화했는지에 대한 단서를 제공한다는 것을 보여줍니다.

이번 연구를 주도한 워싱턴대 해양학 조교수인 프랭키 파비아(Frankie Pavia)는 “미래 얼음 면적 감소의 시기와 공간적 패턴을 예측할 수 있다면 온난화를 이해하고 먹이사슬과 어업의 변화를 예측하며 지정학적 변화에 대비하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

우주 먼지가 고대 얼음을 추적하는 데 도움이 되는 방법

우주 먼지는 별이 폭발하거나 혜성이 부서질 때 형성되며, 그 중 대부분은 태양 근처를 통과한 후 헬륨-3이라는 희귀한 형태의 헬륨을 운반합니다. 연구자들은 헬륨-3를 측정하여 지구에서 생성된 물질로부터 우주 먼지를 분리합니다.

Pavia는 “건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같습니다”라고 말했습니다. “이 작은 양의 우주 먼지가 사방으로 비처럼 쏟아지고 있지만 지구 퇴적물도 꽤 빠르게 축적되고 있습니다.”

하지만 이번 프로젝트에서 Pavia는 먼지가 보이지 않는 곳에 더 중점을 두었습니다.

“마지막 빙하기에는 북극 퇴적물에 우주 먼지가 거의 없었습니다.”라고 그는 말했습니다.

30,000년 된 북극 해빙 복원

연구팀은 우주 먼지가 얼음에 대한 위성 측정을 위한 대체 역할을 할 수 있다고 제안했습니다. 바다 표면이 얼음으로 덮여 있으면 먼지가 해저에 정착할 수 없지만, 물이 열려 있으면 먼지가 퇴적물에 도달할 수 있습니다. 연구진은 북극 세 곳에서 수집한 퇴적물 코어의 우주 먼지 양을 측정함으로써 지난 3만년 동안의 해빙 역사를 재현했습니다.

세 곳의 연구 장소는 “현대적인 얼음 범위의 변화에 ​​걸쳐 있다”고 Pavia는 말했습니다. 북극 근처의 한 지역은 일년 내내 얼음으로 덮여 있습니다. 두 번째는 9월에 얼음의 계절적 가장자리 근처에 있고, 세 번째는 1980년에 지속적으로 얼음으로 덮여 있었지만 지금은 주기적으로 얼음이 없는 상태를 경험하고 있습니다.

연구팀은 얼음이 지속적으로 덮이는 시기가 퇴적물에 우주 먼지가 거의 없는 시기와 일치한다는 사실을 발견했습니다. 이것은 약 20,000년 전 마지막 빙하기에도 마찬가지였습니다. 그 후 행성이 따뜻해지면서 퇴적물 샘플에 우주 먼지가 다시 나타나기 시작했습니다.

얼음 변화를 영양분 사용과 연결

연구자들은 또한 재구성된 얼음 기록을 영양분 가용성에 관한 데이터와 비교했습니다. 그들은 해빙 수준이 낮을 때 영양분 소비가 가장 높았고 얼음 면적이 증가함에 따라 감소한다는 것을 발견했습니다.

영양 순환 데이터는 한때 질소를 소화하는 유기체인 유공충(foraminifera)이 살았던 작은 껍질에서 나옵니다. 껍질에 보존된 화학적 특징은 이 유기체가 살아 있는 동안 얼마나 많은 양분을 사용했는지를 보여줍니다.

Pavia는 “미래에 얼음이 감소함에 따라 북극의 식물성 플랑크톤에 의한 영양분 소비가 증가할 것으로 예상하며 이는 먹이사슬에 영향을 미칠 것”이라고 말했습니다.

영양소의 변화를 주도하는 것은 무엇입니까?

얼음이 감소함에 따라 영양분 사용이 변화하는 이유를 이해하려면 더 많은 연구가 필요합니다. 한 가지 가능성은 얼음이 적으면 표면에서 더 많은 광합성이 이루어져 영양분 흡수가 증가한다는 것입니다. 또 다른 아이디어는 얼음이 녹으면 물 속의 영양분 농도가 희석된다는 것입니다.

두 가지 아이디어 모두 더 높은 영양분 소비로 나타날 수 있지만 첫 번째 아이디어만이 해양 생산성의 증가를 나타냅니다.

추가 공동 저자로는 매사추세츠 대학교 보스턴(University of Massachusetts Boston)의 Jesse R. Farmer; 미국 지질조사국의 Laura Gemery와 Thomas M. Cronin; 그리고 Caltech의 Jonathan Treffkorn과 Kenneth A. Farley가 있습니다.

이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)과 Foster and Coco Stanback 박사후 연구원의 지원을 받았습니다.

연구원들은 그들의 기술을 최대 일치 선형 예측기(MALP)라고 부릅니다. 핵심 목표는 예측된 값이 관찰된 값과 얼마나 잘 일치하는지 향상하는 것입니다. MALP는 일치 상관 계수(CCC)를 최대화하여 이를 수행합니다. 이 통계 측정은 정밀도(점들이 얼마나 촘촘하게 클러스터되어 있는지)와 정확도(해당 선에 얼마나 가까운지)를 모두 반영하여 산점도에서 숫자 쌍이 45도 선을 따라 어떻게 떨어지는지 평가합니다. 널리 사용되는 최소 제곱법을 포함한 전통적인 접근 방식은 일반적으로 평균 오류를 줄이려고 노력합니다. 많은 상황에서 효과적이긴 하지만 이러한 방법은 주요 목표가 예측과 실제 값 사이의 강력한 일치를 보장하는 것인 경우 목표를 놓칠 수 있다고 수학과 조교수인 Kim은 말합니다.

“때때로 우리는 예측이 근접하기를 원하지 않고 실제 값과 가장 일치하기를 원합니다”라고 Kim은 설명합니다. “문제는 과학적으로 의미 있는 방식으로 두 개체의 일치를 어떻게 정의할 수 있느냐는 것입니다. 이것을 개념화할 수 있는 한 가지 방법은 예측 값과 실제 값 사이의 산점도에서 점이 45도 선에 얼마나 가깝게 정렬되어 있는지입니다. 따라서 이들의 산점도가 이 45도 선과 강한 정렬을 보인다면 이 둘 사이에 좋은 수준의 일치가 있다고 말할 수 있습니다.”

단순한 상관관계보다 합의가 더 중요한 이유

김 씨에 따르면 사람들은 일치라는 단어를 들으면 피어슨 상관계수를 가장 먼저 떠올리는 경우가 많다. 피어슨 상관계수는 통계 교육 초기에 소개되어 여전히 기본적인 도구이기 때문이다. Pearson의 방법은 두 변수 사이의 선형 관계의 강도를 측정하지만 관계가 45도 선과 일치하는지 여부를 구체적으로 확인하지는 않습니다. 예를 들어 데이터 포인트가 직선에 가깝다면 50도 또는 75도 기울어진 선에 대한 강한 상관관계를 감지할 수 있다고 Kim은 말합니다.

“우리의 경우 특히 45도 선과의 정렬에 관심이 있습니다. 이를 위해 우리는 Lin이 1989년에 도입한 일치 상관 계수라는 다른 측정값을 사용합니다. 이 측정 기준은 특히 데이터가 45도 선과 얼마나 잘 정렬되는지에 중점을 둡니다. 우리가 개발한 것은 예측 값과 실제 값 사이의 일치 상관 관계를 최대화하도록 설계된 예측기입니다.”

눈 스캔 및 신체 측정으로 MALP 테스트

MALP의 성능을 평가하기 위해 팀은 시뮬레이션 데이터와 눈 스캔 및 체지방 평가를 포함한 실제 측정값을 모두 사용하여 테스트를 실행했습니다. 한 연구에서는 두 가지 유형의 OCT(광간섭 단층촬영) 장치인 구형 Stratus OCT와 최신 Cirrus OCT를 비교하는 안과학 프로젝트의 데이터에 MALP를 적용했습니다. 의료 센터가 Cirrus 시스템으로 전환함에 따라 의사는 시간 경과에 따른 결과를 비교할 수 있도록 측정값을 변환하는 신뢰할 수 있는 방법이 필요합니다. 연구원들은 왼쪽 눈 26개와 오른쪽 눈 30개의 고품질 이미지를 사용하여 MALP가 Cirrus OCT 측정에서 Stratus OCT 판독값을 얼마나 정확하게 예측할 수 있는지 조사하고 그 성능을 최소 제곱법과 비교했습니다. MALP는 실제 Stratus 값과 더 밀접하게 일치하는 예측을 생성했으며, 최소 제곱은 평균 오류를 줄이는 데 있어 MALP보다 약간 더 나은 성능을 발휘하여 일치와 오류 최소화 사이의 균형을 강조했습니다.

연구팀은 또한 체중, 복부 크기 및 기타 신체 치수가 포함된 성인 252명의 체지방 데이터 세트를 조사했습니다. 수중 체중 측정과 같은 체지방 비율의 직접적인 측정은 신뢰할 수 있지만 비용이 많이 들기 때문에 더 쉬운 측정으로 대체되는 경우가 많습니다. MALP는 체지방 비율을 추정하는 데 사용되었으며 최소 제곱법에 대해 평가되었습니다. 결과는 눈 스캔 연구와 유사했습니다. MALP는 실제 값과 더 밀접하게 일치하는 예측을 제공한 반면 최소 제곱은 평균 오류가 약간 더 낮았습니다. 이러한 반복된 패턴은 합의와 오류 최소화 사이의 지속적인 균형을 강조했습니다.

올바른 작업에 적합한 도구 선택

Kim과 그의 동료들은 MALP가 표준 기술보다 실제 데이터와 더 효과적으로 일치하는 예측을 자주 제공한다는 것을 관찰했습니다. 그럼에도 불구하고 그들은 연구자들이 특정 우선순위에 따라 MALP와 보다 전통적인 방법 중에서 선택해야 한다고 지적합니다. 전반적인 오류를 줄이는 것이 주요 목표인 경우 확립된 방법은 여전히 ​​잘 수행됩니다. 실제 결과와 최대한 일치하는 예측이 강조되는 경우 MALP가 더 강력한 옵션인 경우가 많습니다.

이 연구의 잠재적 영향은 많은 과학 분야에 영향을 미칩니다. 향상된 예측 도구는 의학, 공중 보건, 경제 및 엔지니어링에 도움이 될 수 있습니다. 예측에 의존하는 연구자들에게 MALP는 유망한 대안을 제공합니다. 특히 예측 값과 관찰 값 사이의 평균 격차를 줄이는 것보다 실제 결과와 긴밀한 합의를 달성하는 것이 더 중요할 때 더욱 그렇습니다.

김씨는 “추가 조사가 필요하다”고 말했다. “현재 우리의 설정은 선형 예측기 클래스에 속합니다. 이 세트는 다양한 분야에서 실질적으로 사용할 수 있을 만큼 크지만 수학적으로 말하면 여전히 제한적입니다. 따라서 이를 일반 클래스로 확장하여 선형 부분을 제거하여 최대 일치 예측기가 되도록 하겠습니다.”

행성 과학자인 André Izidoro와 Baibhav Srivastava는 고급 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 목성의 빠른 초기 팽창이 어린 태양을 둘러싸고 있는 가스와 먼지 원반을 교란시키는 것을 발견했습니다. 행성의 강한 중력으로 인해 원반 전체에 잔물결이 발생하여 작은 입자가 태양으로 떨어지는 것을 방지하는 “우주 교통 체증”이 발생했습니다. 대신, 이 입자들은 촘촘한 띠로 축적되어 행성의 고체 전구체인 미행성체로 합쳐지게 됩니다.

2세대 소행성체와 콘드라이트의 기원

이번 연구의 주요 발견은 이러한 띠 내에서 형성되는 미행성체가 태양계의 원래 구성 요소가 아니라는 것입니다. 그들은 후기 세대의 일부였으며 태양계 초기 시대의 화학적, 연대적 단서를 모두 포함하는 돌질 운석 클래스인 많은 콘드라이트의 탄생과 일치하는 시기에 형성되었습니다.

라이스 대학의 지구, 환경 및 행성 과학 조교수인 Izidoro는 “콘드라이트는 태양계가 탄생했을 때의 타임캡슐과 같습니다.”라고 말했습니다. “그들은 수십억 년에 걸쳐 지구에 떨어졌고, 과학자들은 우주 기원에 대한 단서를 풀기 위해 이를 수집하고 연구했습니다. 미스터리는 항상 이렇습니다. 왜 이 운석 중 일부는 최초의 고체가 생성된 지 200만~300만 년 후에 그렇게 늦게 형성되었는가? 우리의 결과는 목성 자체가 이들의 지연된 탄생을 위한 조건을 만들었다는 것을 보여줍니다.”

콘드라이트는 과학적 연구에 사용할 수 있는 가장 손길이 닿지 않은 물질을 보존하기 때문에 특히 중요합니다. 행성을 건설하는 1세대 물체에서 나온 운석은 녹고 변형되어 원래 구조의 대부분을 잃었습니다. 대조적으로, 콘드라이트는 원시 태양계 먼지뿐만 아니라 콘드룰이라고 불리는 작은 용융 방울도 보유하고 있습니다. 그들의 예상외로 늦은 형성은 수십년 동안 연구자들에게 도전을 안겨주었습니다.

Srivastava는 “우리 모델은 이전에는 적합하지 않았던 두 가지 특징, 즉 두 가지 형태로 나타나는 운석의 동위원소 지문과 행성 형성의 역학을 연결합니다”라고 설명했습니다. “목성은 일찍 성장하여 가스 원반에 틈을 열었으며, 그 과정은 태양계 내부와 외부 물질 사이의 분리를 보호하여 뚜렷한 동위원소 특성을 보존했습니다. 또한 행성상이 훨씬 나중에 형성될 수 있는 새로운 영역을 만들었습니다.”

목성이 내부 태양계 형성을 어떻게 도왔는지

이 연구는 또한 또 다른 수수께끼에 대해 밝힙니다. 지구, 금성, 화성이 왜 다른 별 주위에서 관찰되는 많은 행성계에서 흔히 나타나는 결과인 나선형으로 안쪽으로 회전하는 대신 태양으로부터 1천문 단위 근처에서 공전하는 이유입니다. 가스의 내부 흐름을 차단함으로써 목성은 젊은 행성이 태양을 향해 이동하는 것을 막았습니다. 결과적으로 이 세계는 지구와 그 주변 행성이 결국 형성되는 지구 영역에 남아있었습니다.

Izidoro는 “목성은 단지 가장 큰 행성이 ​​된 것이 아니라 내부 태양계 전체의 구조를 설정했습니다”라고 말했습니다. “그것이 없었다면 우리는 우리가 알고 있는 지구를 가질 수 없었을 것입니다.”

연구팀의 결론은 칠레 북부의 ALMA(Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) 망원경을 통해 관찰된 젊은 별계의 원반에서 볼 수 있는 고리 및 간격 패턴과 일치합니다. 이러한 구조는 거대한 행성의 형성이 주변 환경을 어떻게 바꿀 수 있는지 보여줍니다.

Izidoro는 “이 어린 원반을 보면 거대한 행성이 탄생 환경을 형성하고 재형성하기 시작하는 것을 볼 수 있습니다”라고 말했습니다. “우리 태양계도 다르지 않았습니다. 목성의 초기 성장은 지구로 떨어진 운석 안에 갇혀 오늘날에도 읽을 수 있는 흔적을 남겼습니다.”

이 연구는 NSF(National Science Foundation), NSF가 자금을 지원하는 빅 데이터 프라이빗 클라우드 연구 사이버 인프라 및 Rice의 연구 컴퓨팅 센터의 지원을 받았습니다.

최근까지 두 대의 양자 컴퓨터는 몇 킬로미터에 걸쳐 광섬유 케이블을 통해서만 연결할 수 있었습니다. 이러한 제한은 시카고 대학교 사우스 사이드 캠퍼스의 시스템이 윌리스 타워의 시스템과 통신할 수 없음을 의미합니다. 둘 다 같은 도시 내에 위치해 있음에도 마찬가지입니다. 현재 기술로는 거리가 너무 멀었습니다.

11월 6일에 발표된 새로운 연구 네이처커뮤니케이션즈 시카고 대학교 프리츠커 분자 공학 대학(UChicago PME) Asst. Tian Zhong 교수는 이 경계가 훨씬 더 멀리까지 확장될 수 있다고 제안합니다. 그의 팀의 작업은 양자 연결이 이론적으로 최대 2,000km(1,243마일)까지 확장될 수 있음을 나타냅니다.

이 방법을 사용하면 한때 윌리스 타워에 도달하는 데 어려움을 겪었던 시카고대 양자 컴퓨터가 대신 유타주 솔트레이크시티 외부에 있는 장치와 연결할 수 있었습니다.

최근 이 연구로 권위 있는 스터지상(Sturge Prize)을 수상한 Zhong은 “처음으로 글로벌 규모의 양자 인터넷을 구축하기 위한 기술이 손에 닿을 수 있게 되었습니다”라고 말했습니다.

양자 일관성이 중요한 이유

고성능 양자 네트워크를 만들기 위해 연구자들은 신호가 광섬유 케이블을 통해 이동할 때 원자를 얽히고 그 얽힘을 유지해야 합니다. 얽힌 원자의 일관성 시간이 길수록 연결된 양자 컴퓨터는 더 멀리 떨어져 있을 수 있습니다.

새로운 연구에서 Zhong 팀은 개별 에르븀 원자의 일관성 시간을 0.1밀리초에서 10밀리초 이상으로 높이는 데 성공했습니다. 한 실험에서 그들은 24밀리초의 일관성을 달성했습니다. 이상적인 조건에서 이러한 개선은 UChicago PME와 콜롬비아 Ocaña 사이의 거리인 약 4,000km 떨어진 양자 컴퓨터 간의 통신을 가능하게 할 수 있습니다.

새로운 방식으로 동일한 재료 만들기

팀은 낯설거나 이국적인 소재로 전환하지 않았습니다. 대신, 그들은 재료가 어떻게 구성되었는지 재구상했습니다. 그들은 표준 Czochralski 방법 대신 분자선 에피택시(MBE)라는 방법을 사용하여 양자 얽힘에 필요한 희토류 도핑 결정을 생산했습니다.

“이 재료를 만드는 전통적인 방법은 본질적으로 용광로에 의한 것입니다”라고 Zhong은 Czochralski 접근 방식을 언급하면서 말했습니다. “재료를 적당한 비율로 넣고 다 녹이면 됩니다. 섭씨 2,000도 이상으로 올라가서 천천히 냉각되면서 재료 결정이 형성됩니다.”

그 후 연구자들은 냉각된 결정을 화학적으로 조각하여 사용 가능한 구성 요소로 만듭니다. Zhong은 이것을 최종 형태가 나올 때까지 대리석을 깎아내는 조각가에 비유합니다.

MBE는 매우 다른 아이디어를 사용합니다. 3D 프린팅과 유사하지만 원자 규모입니다. 이 공정은 극도로 얇은 층에 결정을 내려놓아 결국 장치에 필요한 정확한 구조를 형성합니다.

Zhong은 “우리는 아무것도 없이 시작한 다음 이 장치 원자를 원자 단위로 조립합니다”라고 말했습니다. “이 물질의 품질이나 순도가 너무 높아서 이러한 원자의 양자 일관성 특성이 탁월해집니다.”

MBE는 재료 과학의 다른 분야에서도 사용되었지만 이전에는 이러한 유형의 희토류 도핑 재료에 적용되지 않았습니다. 이 프로젝트를 위해 Zhong은 재료 합성 전문업체인 UChicago PME Asst와 협력했습니다. Shuolong Yang 교수는 MBE를 필요에 맞게 조정합니다.

연구에 참여하지 않은 광자 과학 연구소 교수 Hugues de Riedmatten 박사는 이번 결과를 중요한 진전이라고 설명했습니다. “이 논문에서 입증된 접근 방식은 매우 혁신적입니다.”라고 그는 말했습니다. “이것은 상향식의 잘 제어된 나노제조 접근 방식이 뛰어난 광학 및 스핀 일관성 특성을 갖춘 단일 희토류 이온 큐비트의 실현으로 이어질 수 있으며, 모두 섬유 호환 장치 아키텍처에서 통신 파장에서 방출되는 수명이 긴 스핀 광자 인터페이스로 이어질 수 있음을 보여줍니다. 이는 제어된 방식으로 많은 네트워크 가능 큐비트를 생산할 수 있는 흥미로운 확장 가능한 방법을 제공하는 중요한 발전입니다.”

실제 테스트 준비

프로젝트의 다음 단계는 향상된 일관성 시간이 실제로 이론적 모델 외부의 장거리 양자 통신을 지원할 수 있는지 여부를 결정하는 것입니다.

Zhong은 “실제로 시카고에서 뉴욕까지 광섬유를 배치하기 전에 우리 연구실에서 이를 테스트할 것”이라고 말했습니다.

팀은 1,000km의 코일형 섬유를 사용하여 Zhong의 실험실 내부에 있는 별도의 희석 냉장고(“냉장고”)에 보관된 두 개의 큐비트를 연결할 계획입니다. 이 단계는 더 큰 규모로 이동하기 전에 시스템이 예상대로 작동하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

“우리는 이제 내 연구실에서 세 번째 냉장고를 만들고 있습니다. 모두 합쳐지면 로컬 네트워크가 형성될 것입니다. 먼저 내 연구실에서 로컬로 실험을 수행하여 미래의 장거리 네트워크가 어떤 모습일지 시뮬레이션할 것입니다.”라고 Zhong은 말했습니다. “이것은 모두 진정한 양자 인터넷을 만들겠다는 원대한 목표의 일부이며, 우리는 이를 향한 또 하나의 이정표를 달성하고 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.

“우리의 분석은 독특한 행성 배열을 보여줍니다. 두 개의 행성이 하나의 별을 통과하고 있고 세 번째 행성이 ​​동반 별을 통과하고 있습니다”라고 리에주 대학(ULiège)의 연구원이자 논문의 제1저자인 Sebastián Zúñiga-Fernández는 설명합니다. “이로 인해 TOI-2267은 두 별 주위를 통과하는 행성을 호스팅하는 것으로 알려진 최초의 쌍성계가 되었습니다.”

작고 특이한 더블 스타 시스템

TOI-2267은 두 개의 별이 가까운 궤도를 그리며 춤을 추고 있는 것으로 구성되어 있으며, 천문학자들이 소형 쌍성계라고 부르는 것을 형성하고 있습니다. 이러한 시스템은 일반적으로 행성 형성을 방해하는 중력을 생성합니다. 그럼에도 불구하고 연구자들은 촘촘한 궤도를 돌고 있는 지구 크기의 행성 3개를 발견했습니다. 이는 암석 세계가 존재할 수 있다는 오랜 이론에 도전하는 놀라운 결과입니다.

이번 연구의 공동 리더이자 IAA-CSIC(Instituto de Astrofísica de Andalucía)의 연구원인 Francisco J. Pozuelos는 “우리의 발견은 알려진 행성이 있는 가장 작고 가장 차가운 별 쌍이며 행성이 두 구성 요소 주위를 통과하는 것으로 기록된 최초의 발견이기 때문에 여러 기록을 깨뜨렸습니다.”라고 말했습니다.

우주와 지상 관측의 결합

NASA의 TESS 우주 망원경은 이 발견으로 이어지는 데이터를 처음으로 제공했습니다. 행성 중 두 개는 처음에 ULiège와 IAA-CSIC의 천문학자들이 맞춤형 소프트웨어 도구인 SHERLOCK을 사용하여 식별했습니다. 이러한 조기 탐지는 결과를 확인하기 위해 지상 관찰을 촉발했습니다.

확인 과정에는 여러 관측소가 참여하는 큰 노력이 필요했습니다. 가장 중요한 것 중에는 ULiège(PI: Michaël Gillon)가 운영하는 SPECULOOS 및 TRAPPIST 망원경이 있습니다. 차갑고 희미한 별 주위의 작은 외계 행성을 탐지하도록 설계된 이 로봇 장비는 행성을 확인하고 그 특성을 자세히 연구하는 데 필수적이었습니다.

행성 형성을 위한 천연 테스트베드

Zúñiga-Fernández는 “이렇게 컴팩트한 쌍성계에서 지구 크기의 행성 3개를 발견하는 것은 독특한 기회입니다.”라고 말합니다. “이를 통해 우리는 복잡한 환경에서 행성 형성 모델의 한계를 테스트하고 우리 은하계에서 가능한 행성 구조의 다양성을 더 잘 이해할 수 있습니다.”

Pozuelos는 “이 시스템은 이전에 안정성이 손상될 것이라고 생각했던 극단적인 역학적 조건에서 암석 행성이 어떻게 출현하고 생존할 수 있는지 이해하기 위한 진정한 자연 실험실입니다.”라고 덧붙였습니다.

미래 탐사를 앞두고

이번 발견은 행성이 쌍성계에서 어떻게 형성되고 지속되는지에 대한 새로운 질문을 열어줍니다. JWST(James Webb Space Telescope)와 차세대 지상 관측소를 통한 향후 관측을 통해 행성의 질량, 밀도, 심지어 대기 구성과 같은 더 많은 세부 사항을 밝힐 수 있습니다.

이번 발견은 과학적 중요성 외에도 TESS와 같은 우주 기반 관측소의 데이터를 SPECULOOS 및 TRAPPIST와 같은 정밀 지상 기반 장비와 결합하는 것의 가치를 강조합니다. 그들은 함께 행성계가 은하계 전반에 걸쳐 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 우리의 이해를 계속 확장하고 있습니다.

“우리의 분석은 독특한 행성 배열을 보여줍니다. 두 개의 행성이 하나의 별을 통과하고 있고 세 번째 행성이 ​​동반 별을 통과하고 있습니다”라고 리에주 대학(ULiège)의 연구원이자 논문의 제1저자인 Sebastián Zúñiga-Fernández는 설명합니다. “이로 인해 TOI-2267은 두 별 주위를 통과하는 행성을 호스팅하는 것으로 알려진 최초의 쌍성계가 되었습니다.”

작고 특이한 더블 스타 시스템

TOI-2267은 두 개의 별이 가까운 궤도를 그리며 춤을 추고 있는 것으로 구성되어 있으며, 천문학자들이 소형 쌍성계라고 부르는 것을 형성하고 있습니다. 이러한 시스템은 일반적으로 행성 형성을 방해하는 중력을 생성합니다. 그럼에도 불구하고 연구자들은 촘촘한 궤도를 돌고 있는 지구 크기의 행성 3개를 발견했습니다. 이는 암석 세계가 존재할 수 있다는 오랜 이론에 도전하는 놀라운 결과입니다.

이번 연구의 공동 리더이자 IAA-CSIC(Instituto de Astrofísica de Andalucía)의 연구원인 Francisco J. Pozuelos는 “우리의 발견은 알려진 행성이 있는 가장 작고 가장 차가운 별 쌍이며 행성이 두 구성 요소 주위를 통과하는 것으로 기록된 최초의 발견이기 때문에 여러 기록을 깨뜨렸습니다.”라고 말했습니다.

우주와 지상 관측의 결합

NASA의 TESS 우주 망원경은 이 발견으로 이어지는 데이터를 처음으로 제공했습니다. 행성 중 두 개는 처음에 ULiège와 IAA-CSIC의 천문학자들이 맞춤형 소프트웨어 도구인 SHERLOCK을 사용하여 식별했습니다. 이러한 조기 탐지는 결과를 확인하기 위해 지상 관찰을 촉발했습니다.

확인 과정에는 여러 관측소가 참여하는 큰 노력이 필요했습니다. 가장 중요한 것 중에는 ULiège(PI: Michaël Gillon)가 운영하는 SPECULOOS 및 TRAPPIST 망원경이 있습니다. 차갑고 희미한 별 주위의 작은 외계 행성을 탐지하도록 설계된 이 로봇 장비는 행성을 확인하고 그 특성을 자세히 연구하는 데 필수적이었습니다.

행성 형성을 위한 천연 테스트베드

Zúñiga-Fernández는 “이렇게 컴팩트한 쌍성계에서 지구 크기의 행성 3개를 발견하는 것은 독특한 기회입니다.”라고 말했습니다. “이를 통해 우리는 복잡한 환경에서 행성 형성 모델의 한계를 테스트하고 우리 은하계에서 가능한 행성 구조의 다양성을 더 잘 이해할 수 있습니다.”

Pozuelos는 “이 시스템은 이전에 안정성이 손상될 것이라고 생각했던 극단적인 역학적 조건에서 암석 행성이 어떻게 출현하고 생존할 수 있는지 이해하기 위한 진정한 자연 실험실입니다.”라고 덧붙였습니다.

미래 탐사를 앞두고

이 발견은 행성이 쌍성계에서 어떻게 형성되고 지속되는지에 대한 새로운 질문을 열어줍니다. JWST(James Webb Space Telescope)와 차세대 지상 관측소를 통한 향후 관측을 통해 행성의 질량, 밀도, 심지어 대기 구성과 같은 더 많은 세부 사항을 밝힐 수 있습니다.

이번 발견은 과학적 중요성 외에도 TESS와 같은 우주 기반 관측소의 데이터를 SPECULOOS 및 TRAPPIST와 같은 정밀 지상 기반 장비와 결합하는 것의 가치를 강조합니다. 그들은 함께 행성계가 은하계 전반에 걸쳐 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 우리의 이해를 계속 확장하고 있습니다.