뜨거운 목성

Hot Jupiter
뜨거운 목성 HD 188753 b에 대한 아티스트의 인상

뜨거운 목성은 물리적으로 목성과 비슷하지만 공전 주기가 매우 짧은 가스 거대 외계 행성입니다(P < 10일).[1]항성과의 근접성과 높은 표면 대기 온도 때문에 "뜨거운 목성"[2]이라는 비공식 이름이 붙었다.

뜨거운 목성은 반지름-속도법을 통해 발견하기 가장 쉬운 외계 행성으로, 이는 모항성의 움직임에서 발생하는 진동이 다른 알려진 유형의 행성에 비해 상대적으로 크고 빠르기 때문입니다.가장 잘 알려진 뜨거운 목성 중 하나는 51 페가시 b이다.1995년에 발견된 이 행성은 태양과 비슷한 별 주위를 도는 최초의 외계 행성이다. 페가수스자리 51 b의 공전 주기는 약 4일이다.[3]

일반적인 특징

2014년 1월 2일까지 발견된 뜨거운 목성(왼쪽 가장자리를 따라 검은색 점으로 표시된 통과 방법을 사용하여 검출된 대부분의 행성을 포함)
숨겨진[4] 물이 있는 뜨거운 목성

뜨거운 목성들 사이에는 다양성이 있지만, 그들은 몇 가지 공통된 특성을 가지고 있습니다.

  • 이들의 특징은 목성 질량이 0.36~11.8이고 지구 [5]일수가 1.3~111일인 큰 질량과 짧은 공전 주기입니다.질량은 목성의 약 13.6질량보다 클 수 없습니다. 그러면 행성 내부의 압력과 온도가 중수소 융합을 일으킬 만큼 높아져 행성이 갈색왜성이 [6]될 수 있기 때문입니다.
  • 대부분은 거의 원형 궤도를 가지고 있다(이심률이 낮다).그들의 궤도는 근처의 별이나 조력으로부터의 [7]섭동에 의해 순환되는 것으로 생각된다.이들이 오랜 시간 동안 원형 궤도에 머무르는지 아니면 그들의 숙주 별과 충돌하는지는 에너지 소산과 조석 [8]변형을 통해 관련이 있는 궤도 및 물리적 진화의 결합에 달려 있습니다.
  • 대부분은 비정상적으로 밀도가 낮습니다.지금까지 측정된 가장 낮은 것은 0.222g/[9]cm의3 TrES-4이다.뜨거운 목성의 큰 곡률 반경이 아직 완전히지만은 늘어난 봉투를 높은 별의 조사하면 높은 대기의 혼탁, 가능한 내부 에너지 근원이며, 궤도 정도로 가까운 곳에 스타들에 행성들의 외부 레이어에 대해 동일하고 더 먼 바깥쪽으로 운영될 그들의 로슈 한계를 초과할에 기인할 수 있는 것으로 생각된다 이해되지 않다.[9][10]
  • 보통 한쪽은 항상 주성과 [11]마주보고 있는 상태로 잘 잠겨 있습니다.
  • 그들은 짧은 기간, 비교적 긴 낮,[3] 조석 때문에 극단적이고 이국적인 분위기를 가지고 있을 것이다.
  • 대기 역학 모델은 복사 힘과 열과 [12][13]운동량의 전달에 의해 구동되는 강한 바람과 초회전 적도 제트로 강한 수직 성층화를 예측한다.최근의 모형은 또한 대기를 혼합하고 [14]가스의 고온 및 저온 영역을 운반할 수 있는 다양한 폭풍( 소용돌이)을 예측합니다.
  • 광구에서의 주간-야간 온도 차이는 HD 209458b에 [13]기초한 모델의 경우 약 500K로 상당할 것으로 예상된다.
  • 이들은 F형과 G형 별 주변에서는 더 흔하지만 K형 별 주변에서는 더 흔하지 않은 것으로 보인다.적색왜성 주변의 뜨거운 목성은 매우 [15]드물다.이러한 행성의 분포에 대한 일반화는 다양한 관측 편향을 고려해야 하지만, 일반적으로 절대 항성 [16]등급의 함수로써 이들의 유병률은 기하급수적으로 감소합니다.

형성과 진화

뜨거운 목성의 기원에 대해서는 세 가지 학설이 있다.한 가지 가능성은 그것들이 현재 관측되고 있는 거리에 있는 장소에서 형성되었다는 것입니다.또 다른 가능성은 그들이 멀리서 형성되었다가 나중에 안쪽으로 이주했다는 것이다.이러한 위치 변화는 태양 성운 단계 동안 가스 및 먼지와의 상호작용으로 인해 발생할 수 있습니다.그것은 또한 [3][17][18]목성의 궤도를 불안정하게 만드는 또 다른 큰 물체와의 근접한 조우 때문에 발생할 수도 있다.

이행

이동 가설에서, 행성 형성의 핵심 부착 방법을 통해 암석, 얼음, 가스로부터 서리선 너머로 뜨거운 목성이 형성됩니다.그 후 그 행성은 항성으로 안쪽으로 이동하며, 그곳에서 최종적으로 [19][20]안정된 궤도를 형성한다.이 행성은 II형 궤도 [21][22]이동을 통해 안쪽으로 부드럽게 이동했을 수 있습니다.또는 다른 거대한 행성과 조석 상호작용으로 인해 궤도가 원형화 및 축소되면서 중력이 이심 궤도로 흩어지면서 더 갑작스럽게 이동했을 수도 있습니다.뜨거운 목성의 궤도는 코자이 메커니즘을 통해 변경되었을 수 있으며, 이로 인해 이심률의 교환이 일어나 조석 마찰과 함께 낮은 근일점 궤도의 이심률이 발생할 수 있습니다.이것은 더 멀고 기울어진 궤도에 있는 다른 행성이나 항성의 동반성이 필요하다; 뜨거운 목성의 약 50%는 목성 질량의 먼 동반성을 가지고 있으며, 이는 뜨거운 목성이 별의 [23]회전에 상대적으로 기울어진 궤도를 남길 수 있다.

유형 II 이동은 태양 성운 단계, 즉 가스가 여전히 존재하는 단계에서 발생합니다.이 때 강력한 항성 광자와 강한 항성풍이 남아 있는 [24]성운 대부분을 제거합니다.다른 메커니즘을 통한 이행은 가스 디스크가 손실된 후에 발생할 수 있습니다.

인스위치

안쪽으로 이동한 가스 거대 행성 대신, 뜨거운 목성의 중심핵은 현재 위치에서 가스 외피를 증가시켜 제자리에 있는 가스 거대 행성이 되는 더 일반적인 슈퍼 지구로 시작되었습니다.이 가설에서 중심핵을 제공하는 슈퍼지구는 위치나 더 먼 거리에서 형성될 수 있으며 가스 외피를 얻기 전에 이동을 거쳤다.슈퍼지구는 종종 동반자와 함께 발견되기 때문에, 그 자리에서 형성된 뜨거운 목성들도 동반자가 있을 것으로 예상할 수 있다.국지적으로 성장하는 뜨거운 목성의 질량의 증가는 이웃 행성에 여러 가지 가능한 영향을 끼친다.뜨거운 목성의 이심률이 0.01보다 크면, 영구적인 공명 현상을 일으키면 동반 행성의 이심률이 증가하여 뜨거운 목성과 충돌할 수 있습니다.이 경우 뜨거운 목성의 중심은 비정상적으로 클 것입니다.뜨거운 목성의 이심률이 작은 상태로 유지된다면 광범위한 세속적 공명도 [25]동반성의 궤도를 기울일 수 있습니다.기존에는 뜨거운 목성의 형성에 필요한 대규모 코어의 조립이 10 g/[26][27][28]cm2 이상의4 고형물의 표면 밀도를 필요로 하기 때문에 in sit site mode of aggregation은 바람직하지 않았다.그러나 최근 조사 결과 행성계의 내부 지역은 슈퍼 지구형 [29][30]행성이 자주 차지하고 있는 것으로 밝혀졌다.만약 이 슈퍼지구가 더 먼 거리에서 형성되고 더 가까이 이동한다면, 뜨거운 목성의 형성은 완전히 제자리에 있지 않습니다.

대기 손실

만약 뜨거운 목성의 대기가 유체역학적 탈출을 통해 제거된다면, 목성의 중심은 chthonian 행성이 될 수 있습니다.가장 바깥쪽 층에서 제거되는 가스의 양은 행성의 크기, 외피를 형성하는 가스, 별과의 궤도 거리, 그리고 별의 광도에 따라 달라집니다.일반적인 시스템에서 모항성 주위를 0.02AU로 공전하는 가스 거성은 일생 동안 질량의 5~7%를 잃지만 0.015AU보다 더 가까이 궤도를 돌면 행성 [31]질량의 상당히 큰 부분이 증발할 수 있습니다.그러한 물체는 아직 발견되지 않았으며 그것들은 여전히 가설이다.

'뜨거운 목성' 외계 행성 비교(예술가 개념).
왼쪽 위부터 오른쪽 아래까지: WASP-12b, WASP-6b, WASP-31b, WASP-39b, HD 189733b, HAT-P-12b, WASP-1b, HAT-P-1b 및 HD 209458b.

뜨거운 목성을 가진 행성계의 지구형 행성

시뮬레이션 결과 목성 크기의 행성이 내부 원시 행성계 원반(별에서 5.1AU 사이의 영역)을 통해 이동하는 것은 예상만큼 파괴적이지 않은 것으로 나타났습니다.이 지역에 있는 고체 원반 물질의 60% 이상이 미행성 및 원시행성을 포함하여 외부로 산란되어 있으며, 이 때문에 이 행성 형성 원반은 가스 거대기업의 [32]후폭풍에 의해 재형성될 수 있습니다.시뮬레이션에서는 뜨거운 목성이 통과하고 궤도가 0.1AU로 안정화 된 후 지구 질량이 최대 2개인 행성이 거주 가능 영역에 형성될 수 있었다. 서리선 너머에서 행성계 내부 물질과 행성계 외부 물질이 혼합되었기 때문에 시뮬레이션 결과, 그 이후에 형성된 지구형 행성이었다.뜨거운 목성의 통과는 특히 물이 [32]풍부할 것이다.2011년 연구에 따르면, 뜨거운 목성은 내부로 이동하는 동안 파괴된 행성이 될 수 있다. 이것은 지구 크기의 "뜨거운" 행성에서 그들의 [33]모성으로부터 0.2AU 이내에 있는 해왕성 크기의 행성들이 풍부하다는 것을 설명해 줄 수 있다.

이러한 종류의 시스템의 예로는 WASP-47이 있습니다.거주가능 영역에는 세 개의 내행성과 외기체 거대 행성이 있다.가장 안쪽에 있는 행성 WASP-47e는 지구 질량이 6.83이고 반지름이 1.8인 거대한 지상 행성이다. 뜨거운 목성 b는 목성보다 조금 무겁지만 지구 반지름은 약 12.63이다. 최종 뜨거운 해왕성 c는 지구 질량이 15.2이고 반지름은 3.6이다.[34]비슷한 궤도 구조 또한 [35]케플러-30 시스템에 의해 나타난다.

역행 궤도

몇명의 뜨거운 목성이 그 별 그들의 시스템의 형성 초기에 그 별의 자기장과planet-forming 디스크 형식 간의 복수보다는 상호 작용 때문에에 열중했다 가능하다 어떤 행성 formation,[36]에 대부분의 이론에서 예상할 수 있는 와 극명히 대조되는 역행 궤도를 받았다고 알려졌다.anet의 궤도가 [37]방해받고 있습니다.새로운 관측 결과와 오래된 데이터를 결합함으로써 연구된 모든 뜨거운 목성의 절반 이상이 모항성의 회전축에 어긋난 궤도를 가지고 있으며, 이 연구에서 6개의 외부 행성은 역행 운동을 하고 있는 것으로 밝혀졌다.

최근 연구에 따르면 여러 개의 뜨거운 목성들이 잘못 정렬되어 [38][39]있는 것으로 밝혀졌습니다.이러한 정렬 불량은 뜨거운 목성이 공전하는 광구의 열과 관련이 있을 수 있습니다.왜 이런 일이 일어날 수 있는지에 대해 많은 이론들이 제시되고 있다.그러한 이론 중 하나는 조석 소산을 포함하며 뜨거운 목성을 생성하는 단일 메커니즘이 있으며 이 메커니즘은 다양한 경사도를 산출한다는 것을 암시합니다.조석방산이 더 큰 차가운 별들은 기울기를 감소시키고(따뜻한 별 주위를 도는 뜨거운 목성이 잘 정렬된 이유를 설명함) 뜨거운 별들은 기울기를 감소시키지 않습니다(보여진 [5]어긋남을 설명함).

초고온 목성

초고온 목성은 데이사이드 온도가 2,200 K 이상인 고온 목성이다.그러한 주간 대기권에서는, 대부분의 분자들이 그들의 구성 원자로 분리되고 그들이 다시 [40][41]분자로 재결합하는 야간 쪽으로 순환한다.

한 예로 2021년 4월 서던 퀸즐랜드 대학이 발표한 TOI-1431b를 들 수 있으며, 공전 주기는 불과 2일 반이다.낮의 온도는 2,700 K(2,427 °C)로 우리 [42]은하에 있는 별의 40%보다 더 뜨겁습니다.야간 온도는 2,600 K(2,300 °C)[43]입니다.

초단주기 행성

주요 기사:초단기 행성

초단주기 행성(USP)은 공전 주기가 하루 미만인 행성의 한 종류로 태양 [44][45]질량이 약 1.25배 미만인 별 주변에서만 발생한다.

궤도 주기가 하루 미만인 것으로 확인된 통과 뜨거운 목성은 WASP-18b, WASP-19b, WASP-43b, WASP-103b이다.[46]

큰 반지름과 매우 낮은 밀도를 가진 가스 행성들은 그들의 밀도가 토성과 비슷하기 때문에 때때로 "퍼피 행성"[47] 또는 "뜨거운 토성"이라고 불립니다.팽창된 행성들은 별 가까이 궤도를 돌기 때문에 행성 내부의 열과 결합된 별의 강한 열이 대기를 팽창시키는 데 도움을 줄 것입니다.통과법에 의해 6개의 큰 반지름의 저밀도 행성이 발견되었다.발견된 순서대로 HAT-P-1b,[48][49] COROT-1b, TrES-4, WASP-12b, WASP-17b, 케플러-7b입니다.반지름 속도법에 의해 검출된 뜨거운 목성은 팽창된 행성일 수 있다.이 행성들의 대부분은 목성 정도이거나 목성 크기보다 더 무거운 행성들이 더 강한 중력을 가지고 있기 때문에 목성 정도보다 낮습니다.실제로, 목성 아래의 질량과 1800 켈빈 이상의 온도를 가진 뜨거운 목성은 매우 부풀고 부풀어 오르기 때문에, 모두 불안정한 진화 경로 상에 있으며, 이는 결국 로체-로베의 범람과 행성의 [50]대기의 증발과 손실을 초래한다.

항성으로부터의 표면열을 고려하더라도 많은 통과 뜨거운 목성은 예상보다 반지름이 크다.이것은 대기 바람과 행성의 자기권 사이의 상호작용에 의해 행성에 전류를 만들어 행성을 가열시키고 팽창시키는 것에 의해 야기될 수 있다.행성이 뜨거울수록 대기 이온화도 커지고, 따라서 상호작용의 규모와 전류가 커지면서 행성의 더 많은 가열과 팽창으로 이어집니다.이 이론은 행성 온도가 팽창된 행성 반지름과 [50]상관관계가 있다는 관측과 일치합니다.

★

이론적인 연구에 따르면 뜨거운 목성은 작은 힐 구와 그들이 공전하는 별들의 조력 때문에 위성을 가질 가능성이 낮으며, 이는 위성의 궤도를 불안정하게 만들며, 후자의 과정은 더 큰 위성에 더 강합니다.이것은 대부분의 뜨거운 목성들에게 안정적인 위성은 소행성 크기의 작은 [51]물체일 것이라는 것을 의미한다.게다가 뜨거운 목성의 물리적 진화는 달의 최종 운명을 결정할 수 있습니다. 즉, 달들을 반점근 반점근 반점근 축으로 멈추거나, 다른 알려지지 [52]않은 과정을 거치는 계에서 그들을 내쫓습니다.그럼에도 불구하고, WASP-12b의 관측에 따르면 적어도 하나의 큰 엑소문([53]exomoon)이 궤도를 돌고 있는 것으로 보인다.

붉은 거성을 둘러싼 뜨거운 목성

목성과 비슷한 거리에서 적색 거성을 공전하는 가스 거성은 항성으로부터 받는 강한 조사 때문에 뜨거운 목성일 수 있다는 주장이 제기되어 왔다.태양계에서 목성은 태양이 적색 [54]거성으로 바뀐 후 뜨거운 목성이 될 가능성이 매우 높다.최근 적색 거성 주위를 도는 저밀도 가스 거성의 발견은 이 [55]이론을 뒷받침한다.

적색 거성을 공전하는 뜨거운 목성은 여러 가지 면에서 주계열성을 공전하는 주계열성들과 다를 수 있는데, 특히 주계열성의 항성풍으로부터 물질이 축적될 가능성이 가장 높고, 빠른 회전(별에 조형적으로 고정되지 않음)을 가정할 때 좁은 띠의 제트로 열이 훨씬 더 균일하게 분포되어 있다고 가정할 수 있다.그들이 공전하는 별들에 비해 크기가 작을 뿐만 아니라 항성을 통과하고 항성에 [54]가려지는 데 걸리는 시간이 길기 때문에 통과 방법을 사용하는 것은 훨씬 더 어려울 것이다.

항성과 행성의 상호작용

2000년 이후 이론적인 연구에 따르면 뜨거운 목성은 항성과 공전하는 외계행성의 자기장 상호작용 또는 이들 사이의 조력 때문에 플레어링을 증가시킬 수 있다.이러한 효과를 "별-행성 상호작용" 또는 SPI라고 합니다.HD 189733 시스템은 이러한 효과가 발생하는 것으로 생각되었던 가장 잘 연구된 외계 행성계입니다.

2008년, 천문학자 팀은 HD 189733 A 주위를 도는 외계행성이 공전 궤도의 특정 위치에 도달하면 어떻게 별의 불꽃이 증가하는지를 처음으로 설명했습니다.2010년, 다른 팀은 외계행성을 궤도의 특정 위치에서 관찰할 때마다 X선 플레어도 감지한다는 것을 발견했다.2019년 천문학자들은 아레시보 천문대, MOST, 자동광전망원경의 데이터와 더불어 전파, 광학, 자외선, X선 파장에서의 과거 관측 자료를 분석하여 이러한 주장을 조사하였다.그들은 이전의 주장이 과장되었고, 숙주별은 태양 흑점을 포함한 항성 섬광과 태양 활동 영역과 관련된 많은 밝기와 스펙트럼 특성을 보여주지 못했다는 것을 발견했다.또한 이들의 통계 분석 결과 외계행성의 위치와 상관없이 많은 항성 플레어가 발견되어 이전의 주장들을 뒤집었다.주성과 외계행성의 자기장은 상호작용하지 않으며, 이 시스템은 더 이상 "별과 행성의 상호작용"[56]을 하는 것으로 여겨지지 않는다.일부 연구자들은 또한 HD 189733이 황소자리 T형 항성계의 젊은 원시성 주변에서 발견되는 것과 비슷한 속도로 궤도를 도는 외계 행성에서 물질이 축적되거나 당겨진다고 제안했습니다.이후 분석 결과, "뜨거운 목성"[57] 동반성으로부터 가스가 거의 유입되지 않았다.

「 」를 참조해 주세요.

추가 정보

레퍼런스

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