웹 망원경, 700광년밖 ‘뜨거운 토성’ 대기서 광화학반응 첫 포착

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웹 망원경, 700광년밖 ‘뜨거운 토성’ 대기서 광화학반응 첫 포착
강한 별빛으로 형성된 이산화황 확인…개별 원자 넘어 대기 종합분석 능력 입증

2022.11.23 07:00 연합뉴스

차세대 망원경으로 주목받는 ‘제임스 웹 우주망원경'(JWST)이 약 700광년 밖 토성급 외계행성의 대기에서 지금까지 어떤 망원경도 포착하지 못한 분자의 존재와 광화학반응까지 처음으로 밝혀내며 다시 탁월한 성능을 입증했다.

미국 항공우주국(NASA)과 하버드-스미스소니언 천체물리학센터 등에 따르면 웹 망원경은 태양과 비슷한 항성을 가까이서 도는 거대 가스행성인 WASP-39 b의 대기를 종합적으로 분석한 결과를 5편의 논문으로 정리해 정식 출간 전 논문을 수록하는 온라인 저널 ‘아카이브’ (arXiv.org)에 공개했다.

WASP-39 b는 지난 2011년 항성 앞을 지나면서 별빛이 미세하게 줄어드는 것이 지상 망원경에 포착돼 존재가 확인됐다.

이후 허블 망원경 등이 동원돼 대기를 구성하는 개별 원자 등이 일부 밝혀지기는 했으나 웹 망원경처럼 원자가 결합한 분자나 광화학반응까지 포착하지는 못했다.

웹 망원경은 앞서 지난 7월 본격적인 과학 관측을 시작하면서 WASP-39 b 대기에서 이산화탄소(CO₂)의 존재를 처음 드러내기도 했다.

웹 망원경은 ‘뜨거운 토성’으로 분류되는 WASP-39 b가 나흘에 한 번꼴로 항성 앞을 지날 때 대기를 통과한 별빛을 적외선 분광기 등을 활용해 대기 성분을 파악했다. 대기를 구성하는 성분마다 지문처럼 흡수하는 색이 다른데 이를 활용한 것이다.

웹 망원경이 처음으로 포착한 대기 성분 중 가장 흥미로운 것은 이산화황(SO₂)으로 제시됐다. SO₂는 항성에서 쏟아내는 고에너지 빛이 촉발하는 화학반응을 통해 생성되는데, 지구에서는 상층대기의 오존층이 이와 비슷한 방식으로 만들어졌다.

논문 공동저자인 하버드-스미스소니언 천체물리학센터의 천문학자 다이애나 파월 박사는 이와 관련, “놀랍게도 SO₂가 포착된 것은 ‘뜨거운 토성’의 기후도 광화학반응이 결정 짓는다는 점을 확인해주는 것”이라면서 “지구 기후 역시 광화학반응으로 결정되고 있어 지금까지 알고있던 것보다 더 많은 공통점이 있다”고 했다. 웹 망원경은 앞서 다른 망원경을 통해 확인된 소듐(Na)과 칼륨(K), 수증기 등도 확인했으며 지금까지 포착되지 않았던 추가적인 물의 흔적도 찾아냈다.

또 CO₂의 존재를 이전에 관측된 것보다 두 배나 더 명확하게 확인했다.

이와함께 일산화탄소(CO)도 포착했지만 메탄(CH₄)과 황화수소(H₂S) 존재는 명확하게 드러나지 않아 대기 중에 존재한다고 해도 낮은 수준일 것으로 분석됐다.

WASP-39 b는 태양과 수성 거리의 8분의 1밖에 안 되는 곳에서 항성을 돌고있어 온도가 1천600℉(871℃)에 달하고 강한 방사선에 노출돼 생명체가 서식할 수 있는 행성은 아닌 것으로 여겨지고 있다.

질량은 토성과 비슷하지만 크기는 목성에 견줄만한 것으로 분석됐다.

하지만 이번 관측 결과는 TRAPPIST-1 행성계의 암석형 행성처럼 과학자들이 목표로 삼고있는 지구와 비슷한 크기의 비교적 작은 행성에서도 대기를 분석할 수 있는 능력을 보여주는 것으로 받아들여지고 있다.

영국 브리스톨대학의 천체물리학자 한나 웨이크포드는 “웹 망원경이 우리에게 보여줄 수 있는 것을 예상은 했지만, 그러리라고 여겨졌던 것보다 더 정확하고, 다양하며 훌륭하다”고 찬사를 보냈다.

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