천문학자들은 오랫동안 행성의 질량과 회전 속도가 연관되어 있다고 의심해 왔습니다. 우리 태양계에서 목성과 토성은 놀라운 예를 제공합니다. 엄청난 크기에도 불구하고, 두 행성 모두 약 10시간 만에 완전히 한 바퀴를 돌며 태양계 전체 회전 에너지의 큰 부분을 차지합니다.
이 관계가 우리 우주 이웃 너머로 확장되는지 테스트하기 위해, 연구자들은 하와이 마우나케아에 있는 W. M. 켁 천문대를 사용하여 머나먼 거대 세계들의 대규모 샘플을 연구했습니다. 그들의 조사에는 다른 항성계에 있는 32개의 가스 거대 행성과 갈색 왜성 동반체, 그리고 목성보다 큰 6개의 행성과 25개의 갈색 왜성 동반체가 포함되었습니다.
관측 결과 흥미로운 경향이 드러났습니다. 질량, 크기, 나이와 같은 요소를 고려할 때, 거대 가스 행성은 더 무거운 갈색 왜성보다 더 빠르게 회전하는 경향이 있습니다. 분석을 강화하기 위해 연구자들은 다른 연구에서 얻은 이전 회전 측정값도 통합하여 신중하게 선택된 데이터 세트를 만들었는데, 여기에는 43개의 항성/준항성 동반체와 거대 행성, 그리고 54개의 자유 부유 갈색 왜성 및 행성 질량 천체가 포함되었습니다.
국제 팀은 노스웨스턴 대학교의 천체물리학 간학문 탐구 및 연구 센터(CIERA)의 과학자들이 이끌었습니다. 공동 연구자로는 UC 샌디에이고의 천체물리학 및 우주 과학 센터(CASS), 칼텍의 지질 및 행성 과학부(GPS), W. M. 켁 천문대, 스튜어드 천문대, 제임스 C. 와이언트 광학 과학 대학, NASA 제트 추진 연구소 및 여러 다른 기관의 연구자들이 포함되었습니다. 그들의 발견은 《천문학 저널》에 게재되었습니다.
조사된 많은 행성들은 수십에서 수백 천문 단위(AU, 지구와 태양 사이의 거리) 범위의 거리에서 그들의 별을 공전합니다. 과학자들은 이 머나먼 세계들이 어떻게 형성되는지 여전히 알아내려고 노력하고 있습니다. 일부는 어린 별을 둘러싼 가스와 먼지 원반 내에서 점차적으로 나타날 수 있는 반면, 다른 것들은 별 자체를 만드는 붕괴와 더 유사한 과정을 통해 형성될 수 있습니다.
조사하기 위해, 연구자들은 켁 행성 이미저 및 특성화기(KPIC)를 사용했습니다. 이는 머나먼 세계에서 직접 오는 빛을 분리할 수 있는 특수 장비입니다. 행성이 회전함에 따라, 대기의 특징이 스펙트럼에서 미세한 넓어짐을 유발합니다. 이러한 변화를 측정함으로써 천문학자들은 물체가 얼마나 빨리 회전하는지 결정할 수 있습니다.
주 저자이자 CIERA 연구원인 디노 치-춘 쉬는 W. M. 켁 천문대 보도자료에서 이러한 측정의 중요성을 설명했습니다: "회전은 행성이 어떻게 형성되었는지에 대한 화석 기록입니다. 이 세계들이 얼마나 빨리 회전하는지 측정함으로써, 우리는 수천만에서 수억 년 전에 그것들을 형성한 물리적 과정을 조각맞추기 시작할 수 있습니다. KPIC를 사용하면, 우리는 다른 가까운 별 주위의 행성의 회전을 드러내는 이 작은 신호들을 감지할 수 있습니다. 우리의 결과는 행성의 질량과 행성과 별의 질량 비율 모두가 행성이 최종적으로 얼마나 빨리 회전하는지에 영향을 미친다는 것을 시사합니다. 이는 이러한 시스템이 어떻게 형성되는지에 대한 물리학을 좁히는 데 도움이 됩니다."
거대 행성이 훨씬 더 큰 이웃보다 빠르게 회전하다
가장 명확한 예 중 하나는 HR 8799 시스템에서 나옵니다. 그곳에서 목성 질량의 약 7배인 가스 거대 행성은 목성 질량의 약 24배인 갈색 왜성 동반체보다 6배 더 빠르게 회전합니다.
연구자들은 그 차이가 물체 역사 초기의 자기 상호작용과 관련이 있을 수 있다고 믿습니다. 더 강한 자기장은 주변의 행성 원반과 더 강하게 상호작용하여 시간이 지남에 따라 회전을 늦출 수 있습니다. 이 경우, 더 무거운 갈색 왜성은 더 강한 자기장 때문에 원래 회전의 더 많은 부분을 잃었을 가능성이 있습니다.
이 발견은 과학자들이 먼 행성계뿐만 아니라 우리 태양계의 기원을 더 잘 이해하는 데 도움이 되고 있습니다. 쉬는 말했습니다: "각운동량이 행성들 사이에 분포되는 방식은 행성계의 전체 구조에 영향을 미칩니다."