과학자들은 유리비가 내리는 행성에서 태양계 외부에서 이전에 발견된 적이 없는 분자를 발견했습니다.
애슐리 스트릭랜드, CNN
2024년 7월 9일 화요일 오전 10:26 AEST·4분 읽기

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목성 크기의 외계 행성은 뜨거운 온도, 비명을 지르는 바람, 옆으로 쏟아지는 유리 비 때문에 오랫동안 천문학자들의 흥미를 끌었습니다. 이제 제임스 웹 우주 망원경의 데이터는 HD 189733b로 알려진 행성의 또 다른 흥미로운 특징을 밝혀냈습니다. 썩은 달걀 냄새가 납니다.

HD 189733b의 대기를 연구하는 연구원들은 Webb의 관측을 통해 미량의 황화수소를 발견했습니다. 황화수소는 강한 황산 악취를 방출하며 태양계 밖에서는 한 번도 발견된 적이 없는 무색 가스입니다. 이 발견은 외계 행성의 잠재적 구성에 대해 알려진 내용을 발전시킵니다.

여러 기관 팀이 편집한 연구 결과는 월요일 Nature 저널에 게재되었습니다.

치명적인 날씨를 지닌 이상한 행성
과학자들은 2005년에 처음으로 HD 189733b를 발견했고 나중에 이 가스 거인을 “뜨거운 목성”으로 식별했습니다. 이 행성은 우리 태양계에서 가장 큰 행성인 목성과 화학적 구성이 비슷하지만 온도가 매우 높은 행성입니다. 지구에서 불과 64광년 떨어진 곳에 위치한 HD 189733b는 행성이 별 앞을 지나갈 때 천문학자들이 연구할 수 있는 가장 가까운 뜨거운 목성입니다. 이러한 이유로 이 행성은 가장 잘 연구된 외계 행성 중 하나입니다.

“HD 189733 b는 가스 거대 행성일 뿐만 아니라, 지금까지 발견된 최초의 통과 외계 행성 중 하나이기 때문에 외계 행성 분야에서 ‘거인’입니다.”라고 존스 홉킨스 대학의 천체 물리학자인 이번 연구 저자인 Guangwei Fu는 말했습니다. 이메일로. “이것은 외계 행성 대기 화학 및 물리학에 대한 우리의 많은 이해를 위한 기준점입니다.”

외계 행성은 모항성을 매우 가깝게 공전하므로 행성의 표면 온도가 뜨거운 상태가 됩니다. – 로베르토 몰라 칸다노사(Roberto Molar Candanosa)/존스홉킨스대학교
외계 행성은 모항성을 매우 가깝게 공전하므로 행성의 표면 온도가 뜨거운 상태가 됩니다. – 로베르토 몰라 칸다노사(Roberto Molar Candanosa)/존스홉킨스대학교
이 행성은 목성보다 약 10% 더 크지만, 수성이 태양에 비해 별에 13배 더 가깝기 때문에 훨씬 더 뜨겁습니다. HD 189733b는 별 주위의 단일 궤도를 완료하는 데 지구 시간으로 약 이틀 밖에 걸리지 않는다고 Fu는 말했습니다.

별과의 근접성은 행성의 평균 온도가 화씨 1,700도(섭씨 926도)에 달하고 강한 바람으로 인해 유리 같은 규산염 입자가 시속 5,000마일(시속 8,046km)의 속도로 지구 주변의 높은 구름에서 옆으로 비를 내립니다. .

놀라운 악취
천문학자들은 인간의 눈에는 보이지 않는 적외선이 HD 189733b의 대기에서 어떤 것을 드러낼 수 있는지 알아보기 위해 Webb 망원경을 사용하여 행성을 연구하기로 결정했을 때 놀랐습니다.

황화수소는 목성에 존재하며 거대한 가스 외계 행성에 존재할 것으로 예측되었지만 분자의 증거는 우리 태양계 외부에서는 파악하기 어려웠다고 Fu는 말했습니다.

“황화수소는 행성 대기 내 유황의 주요 저장소 중 하나입니다.”라고 Fu는 말했습니다. “(Webb 망원경)의 높은 정밀도와 적외선 기능을 통해 우리는 외계 행성에서 처음으로 황화수소를 감지할 수 있게 되었으며, 이는 외계 행성 대기 황 화학을 연구하는 데 새로운 스펙트럼 창을 열어줍니다. 이는 외계 행성이 무엇으로 구성되어 있는지, 그리고 그것이 어떻게 탄생했는지 이해하는 데 도움이 됩니다.”

또한 팀은 행성 대기에서 물, 이산화탄소 및 일산화탄소를 발견했다고 Fu는 말했습니다. 이는 이러한 분자가 다른 거대 가스 외계 행성에서 흔할 수 있음을 의미합니다.

천문학자들은 뜨거운 온도 때문에 HD 189733b에 생명체가 존재할 것으로 기대하지 않지만 외계 행성에서 황과 같은 구성 요소를 감지하면 행성 형성에 대한 정보를 얻을 수 있다고 Fu는 말했습니다.

“황은 더 복잡한 분자를 만드는 데 필수적인 요소이며 탄소, 질소, 산소, 인산염과 같은 과학자들은 행성이 어떻게 만들어지고 무엇으로 만들어졌는지 완전히 이해하기 위해 더 많은 연구를 해야 합니다.”라고 Fu는 말했습니다.

암모니아와 같이 뚜렷한 냄새가 나는 분자는 이전에 다른 외계 행성 대기에서 감지되었습니다.

그러나 Webb의 기능을 통해 과학자들은 외계 행성 주변 대기 내의 특정 화학 물질을 이전보다 더 자세히 식별할 수 있습니다.

행성 중금속
우리 태양계에서 해왕성과 천왕성과 같은 거대 얼음은 전체적으로는 질량이 작지만 가장 큰 행성인 가스 거대 행성인 목성과 토성보다 더 많은 금속을 함유하고 있어 금속 함량과 질량 사이에 상관 관계가 있을 수 있음을 시사합니다.

천문학자들은 해왕성과 천왕성의 형성에 수소나 헬륨과 같은 가스보다는 더 많은 얼음, 암석, 금속이 관여했다고 믿고 있습니다.

Webb의 데이터는 또한 HD 189733b의 중금속 수준이 목성에서 발견된 것과 유사한 수준임을 보여주었습니다.

“이제 우리는 실제로 금속 농도(금속 농도)가

행성)은 행성의 구성이 질량과 반경에 따라 어떻게 달라지는지에 대한 이번 연구에 매우 중요한 기준점을 제공했습니다.”라고 Fu는 말했습니다. “이 발견은 초기 핵 형성 후 더 견고한 물질을 생성하여 행성이 형성되고 중금속으로 자연스럽게 강화되는 방식에 대한 우리의 이해를 뒷받침합니다.”

이제 팀은 다른 외계 행성에서 황 특징을 검색하고 화합물의 높은 농도가 일부 행성이 호스트 별과 관련하여 얼마나 가깝게 형성되는지에 영향을 미치는지 여부를 결정할 것입니다.

“HD 189733b는 벤치마크 행성이지만 단일 데이터 포인트를 나타냅니다.”라고 Fu는 말했습니다. “개인이 독특한 특성을 보이는 것처럼 집단 행동도 명확한 추세와 패턴을 따릅니다. 앞으로 Webb에서 더 많은 데이터 세트를 통해 우리는 행성이 어떻게 형성되는지, 그리고 우리 태양계가 은하계에서 독특한지 이해하는 것을 목표로 합니다.”

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Scientists find a molecule never before found outside our solar system on a planet with glass rain

Ashley Strickland, CNN

Tue 9 July 2024 at 10:26 am AEST·4-min read

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An exoplanet the size of Jupiter has long intrigued astronomers because of its scorching temperatures, screaming winds and sideways rain made of glass. Now, data from the James Webb Space Telescope has revealed another intriguing feature of the planet known as HD 189733b: It smells like rotten eggs.

Researchers studying HD 189733b’s atmosphere used Webb’s observation to spot trace amounts of hydrogen sulfide — a colorless gas that releases a strong sulfuric stench and has never been spotted beyond our solar system. The discovery advances what’s known about the potential composition of exoplanets.

The findings, compiled by a multi-institution team, were published Monday in the journal Nature.

An oddball planet with deadly weather

Scientists first discovered HD 189733b in 2005 and later identified the gas giant as a “hot Jupiter” — a planet that has a similar chemical composition to Jupiter, the biggest planet in our solar system, but with sizzling temperatures. Located only 64 light-years from Earth, HD 189733b is the nearest hot Jupiter that astronomers can study as the planet passes in front of its star. For that reason, it’s one of the most well-studied exoplanets.

“HD 189733 b is not only a gas giant planet, but also a ‘giant’ in the field of exoplanets because it is one of the first transiting exoplanets ever discovered,” said lead study author Guangwei Fu, an astrophysicist at Johns Hopkins University, in an email. “It is the anchor point for many of our understanding of exoplanet atmospheric chemistry and physics.”

The planet is about 10% larger than Jupiter, but much hotter because it is 13 times closer to its star than Mercury is to our sun. HD 189733b only takes about two Earth days to complete a single orbit around its star, Fu said.

That proximity to the star gives the planet a searing average temperature of 1,700 degrees Fahrenheit (926 degrees Celsius) and strong winds that send glass-like silicate particles raining sideways from high clouds around the planet at 5,000 miles per hour (8,046 kilometers per hour).

A surprising stench

When astronomers decided to use the Webb telescope to study the planet to see what infrared light, which is invisible to the human eye, could reveal in HD 189733b’s atmosphere, they were in for a surprise.

Hydrogen sulfide is present on Jupiter and was predicted to exist on gas giant exoplanets, but evidence of the molecule had been elusive outside our solar system, Fu said.

“Hydrogen sulfide is one of the main reservoirs of sulfur within planetary atmospheres,” Fu said. “The high precision and infrared capability from (the Webb telescope) allow us to detect hydrogen sulfide for the first time on exoplanets, which opens a new spectral window into studying exoplanet atmospheric sulfur chemistry. This helps us to understand what exoplanets are made of and how they came to be.”

Additionally, the team spotted water, carbon dioxide and carbon monoxide in the planet’s atmosphere, Fu said — which means these molecules could be common in other gas giant exoplanets.

While astronomers don’t expect life to exist on HD 189733b because of its scorching temperatures, detecting a building block like sulfur on an exoplanet sheds light on planet formation, Fu said.

“Sulfur is a vital element for building more complex molecules, and — like carbon, nitrogen, oxygen, and phosphate — scientists need to study it more to fully understand how planets are made and what they’re made of,” Fu said.

Molecules with distinct smells, like ammonia, have been previously detected within other exoplanet atmospheres.

But Webb’s capabilities enable scientists to identify specific chemicals within atmospheres around exoplanets in greater detail than before.

Planetary heavy metals

In our solar system, ice giants like Neptune and Uranus, though less massive overall, contain more metals than the gas giants Jupiter and Saturn, which are the largest planets, suggesting there could be a correlation between metal content and mass.

Astronomers believe that more ice, rock and metals — rather than gases like hydrogen and helium — were involved in the formation of Neptune and Uranus.

Webb’s data also showed levels of heavy metals on HD 189733b that are similar to those found on Jupiter.

“Now we have this new measurement to show that indeed the metal concentrations (the planet) has provide a very important anchor point to this study of how a planet’s composition varies with its mass and radius,” Fu said. “The findings support our understanding of how planets form through creating more solid material after initial core formation and then are naturally enhanced with heavy metals.”

Now, the team will search for sulfur signatures on other exoplanets and determine whether high concentrations of the compound influence how closely some planets form in relation to their host stars.

“HD 189733b is a benchmark planet, but it represents just a single data point,” Fu said. “Just as individual humans exhibit unique characteristics, our collective behaviors follow clear trends and patterns. With more datasets from Webb to come, we aim to understand how planets form and if our solar system is unique in the galaxy.”

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