NIRPS가 GJ 3090 b 질량을 정밀하게 측정하고 회전 주기 근처 행성을 발견

초록

NIRPS와 HARPS의 새로운 고정밀 RV 데이터를 이용해 인근 M2형 별 GJ 3090의 행성계가 재분석되었다. 트랜싯 행성 GJ 3090 b의 질량이 4.52 ± 0.47 M⊕ 로 정밀하게 측정돼 평균 밀도 2.40 g cm⁻³ 를 얻었으며, 이는 물 함량이 높은 ‘워터 월드’ 후보임을 시사한다. 또한 15.9 일 주기의 비트랜싯 행성 GJ 3090 c (M sin i = 10.0 ± 1.3 M⊕) 가 확인되었고, 회전 주기 18 일과 거의 겹치는 신호가 다차원 Gaussian Process 모델을 통해 행성 신호임이 밝혀졌다. 12.7 일 주기의 추가 비전이 후보도 제시되었다.

상세 분석

본 연구는 NIRPS와 HARPS의 장기 RV 관측을 결합해 GJ 3090 시스템을 전면 재평가하였다. 먼저, TESS와 ASAS‑SN 장기 광도 데이터를 활용해 별의 회전 주기(≈18 일)와 가능한 장기 자기 사이클을 정확히 파악하였다. 회전 신호는 SAP 광도에서 8시간 간격으로 binning한 뒤, GP 모델의 입력으로 사용되었으며, 특히 ΔT(차등 온도) 지표가 회전 주기와 강하게 연관됨을 확인했다. 다차원 GP는 TESS 광도, ΔT, 그리고 RV 데이터를 동시에 모델링함으로써 색채적(색상) 및 시간적 활동 변동을 효과적으로 분리한다.

RV 분석에서는 각 관측기( NIRPS‑HE, HARPS‑HAM, HARPS‑EGGS)마다 독립적인 오프셋과 jitter 파라미터를 도입했으며, 장기 변동(≈11 년)은 선형 혹은 2차 다항식 형태로 보정하였다. Keplerian 모델을 적용한 결과, 2.85 일 주기의 트랜싯 행성 GJ 3090 b는 질량 4.52 ± 0.47 M⊕, 반지름 2.18 ± 0.06 R⊕ 로 재측정돼 평균 밀도 2.40 g cm⁻³ 를 얻었다. 이 밀도는 순수 암석 행성보다 낮아 물·휘발성 물질이 상당히 함유된 구조를 시사한다. 내부 구조 모델링(핵‑수소‑헬륨‑수증기 층)과 대기 모델(무광학적·투명한 수증기 구름) 결과, 물이 전체 부피의 30‑60 % 정도를 차지할 가능성이 가장 높다.

또한, 15.9 일 주기의 비트랜싯 행성 GJ 3090 c가 최소 질량 10.0 ± 1.3 M⊕ 로 확정되었다. 이 신호는 회전 주기와 근접하지만, 다차원 GP가 회전 신호와 구별된 후에도 남아 있는 독립적인 주기로 검출되었다. 이는 회전 주기와 거의 겹치는 행성 신호를 기존 단일 차원 GP나 단순 선형 회귀만으로는 놓칠 수 있음을 강조한다.

추가로, 12.7 일 주기의 후보 신호가 낮은 신호 대 잡음비(S/N)에도 불구하고 일정한 위상과 진폭을 보이며 존재 가능성을 제시한다. 현재 데이터로는 확정되지 않았으나, 향후 NIRPS와 ESPRESSO 같은 고정밀 장비로 지속적인 모니터링이 필요하다.

활동 지표 분석에서는 ΔT가 가장 강력한 회전 주기 지표였으며, 전통적인 Hα, BIS 등은 신호가 약했다. 이는 근적외선 스펙트럼이 M형 별의 스팟·플라즈마 변동을 더 민감하게 포착한다는 점을 시사한다.

전반적으로, 다차원 GP 모델링이 RV와 광도, 온도 지표를 동시에 활용해 별 활동을 정교히 모델링함으로써 회전 주기와 겹치는 행성 신호를 성공적으로 분리했다는 점이 본 연구의 가장 큰 기술적 진보이다. 이는 특히 회전 주기가 10‑30 일 사이에 위치한 M형 별 주변의 저질량 행성을 탐색하는 데 중요한 방법론적 교훈을 제공한다.