제임스 웹, 지구 닮은 암석형 외계행성 대기 증거 발견

제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 지구를 닮은 암석형 외계행성 주변에 대기가 존재한다는 가장 강력한 증거를 발견했다고 우주 및 천문학 전문매체 스페이스닷컴이 11일(현지시각) 보도했다.

보도에 따르면 천문학자들은 항성에 매우 가까이 공전하는 작은 행성은 강력한 항성 복사로 인해 대기를 유지할 수 없을 것으로 예상해왔으나, JWST의 관측 결과는 이 예측을 뒤엎는 것이다.

이 발견은 극도로 뜨거운 환경에 놓인 암석 행성의 내부 및 지질 활동 연구에 새로운 길을 열어줄 전망이다.


연구의 초점이 된 행성은 극도로 뜨거운 '슈퍼지구(외계 행성 중 그 질량이 지구보다 큰 암석형 행성)'인 TOI-561 b다.
이 행성은 지구에서 약 280광년 떨어진 곳에서 100억 년 된 별 주위를 공전하는 최소 세 개의 행성 중 가장 안쪽에 있다. 특히, 행성은 수성과 태양 사이 거리의 40분의 1에 불과한 궤도에서 11시간도 채 되지 않는 초단주기로 공전하고 있다.

이런 극단적인 근접 거리 때문에 TOI-561 b는 표면 암석이 녹을 정도로 고온에 노출된 '초단주기 슈퍼지구'로 분류된다. 과학자들은 일반적으로 이 조건에서는 행성이 대기를 모두 잃어버리고 암석 핵만 남을 것으로 예상했다.

그러나 미국 항공우주국(NASA)의 TESS 우주망원경 관측에서 TOI-561 b는 순수한 암석 행성으로는 이례적으로 낮은 밀도를 보여주었으며, 이는 다른 설명이 필요함을 시사했다.

스페이스닷컴에 따르면 워싱턴 DC 카네기 지구행성연구소의 연구를 이끈 조한나 테스케 연구원은 "이 행성은 우리 태양계의 행성들과는 매우 다른 화학적 환경에서 형성되었음에 틀림없다"라고 밝혔다.

이 관측 결과를 설명하기 위해 연구팀은 다양한 표면 및 대기 유형을 테스트했으며, 결론은 '두꺼운 대기'였다. 버밍엄 대학교의 공동 저자인 안잘리 피에트는 "모든 관측 결과를 설명하려면 휘발성 물질이 풍부한 두꺼운 대기가 정말 필요하다"라며 "강한 바람이 열을 밤 쪽으로 이동시켜 낮 쪽을 식히는 것"이라고 설명했다.

연구진은 TOI-561 b가 용융된 표면, 즉 마그마 바다와 대기 사이의 역동적인 균형을 유지하고 있을 것으로 주장했다. 이 균형 덕분에 가스가 그 사이를 순환하며 시간이 지나도 대기를 보충할 수 있다는 것이다.

네덜란드 흐로닝언 대학교의 공동 저자인 팀 리히텐베르크는 "가스들이 지구 밖으로 나와 대기를 채우는 동안, 마그마 바다는 가스들을 다시 지구 내부로 빨아들이고 있다"며 "마치 젖은 용암 덩어리 같다"고 비유했다.

이번 연구 결과는 극한 환경의 암석형 행성이 어떻게 대기를 유지하고 진화하는지에 대한 과학적 이해를 넓히는 획기적인 발견으로 평가된다.

이 연구는 11일 '천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 발표됐다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com