제임스 웹, 외계행성 LHS 475 b을 자세히 관측하다

과학기술

제임스 웹, 외계행성 LHS 475 b을 자세히 관측하다
[JWST 발사부터 현재까지] 지구와 매우 비슷한 크기의 행성 발견

2023.01.30 09:00 김민재 리포터

지구와 매우 비슷한 크기의 행성 발견

존스 홉킨스 대학교(Johns Hopkins University) 응용물리학연구소 케빈 스티븐슨 박사(Dr. Kevin Stevenson)와 제이콥 루스틱-예거 박사(Dr. Jacob Lustig-Yaeger)가 이끄는 연구팀은 2023년 1월 11일 수요일 미국천문학회(AAS) 기자회견을 하며 독특한 결과를 발표했다. 이는 제임스 웹 우주망원경을 통한 외계행성 LHS 475 b 관측 결과였는데, 결과가 공개되자 천문학자들과 대중은 놀라움을 금치 못했다.

현재까지 지구와 매우 비슷한 크기나 비슷한 온도를 지니고 있는 외계 행성들이 여러 차례 발견되었지만 위 행성은 지구와 비슷한 암석형 행성에 크기마저 지구와 거의 비슷했기 때문이다. 다만 위 행성은 모항성을 매우 가까이 돌고 있기에 이틀 만에 별 주위를 한 바퀴 도는 행성이다.

Octans 별자리 내, 불과 41광년 떨어져 있는 적색왜성 LHS 475을 돌고 있는 LHS 475 b의 상상도 ⓒ NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)

연구팀의 제안에 따라서 천체들을 관측한 제임스 웹 우주망원경은 지구로부터 불과 41광년 떨어져 있는 적색 왜성 LHS 475을 관측하기 시작했다. 그리고 위 항성 주위를 도는 암석형 외계 행성(LHS 475 b)을 식별했는데, 분석 결과 위 행성의 크기는 지구 지름의 99%에 해당함이 밝혀졌다.

행성에 대기가 없을 수도 있다?

또한 연구팀의 결과 분석 결과 위 행성은 매우 특이한 특징을 보이고 있음이 밝혀졌다. 암석으로 이루어진 지구형 행성인데 대기가 없을 수도 있음이 밝혀졌기 때문이다. 위 행성의 존재는 2018년부터 행성을 열심히 관측해온 TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 망원경의 결과를 통해서 처음 예측되었다.

연구팀은 TESS의 결과를 신중하게 검토한 결과 제임스 웹 우주망원경으로 위 행성을 관측하는 것이 매우 흥미로울 것이라고 생각했다. 그리고 제임스 웹의 근적외선 분광기(NIRSpec)는 단 두 번의 통과 관측으로 위 행성을 쉽고 명확하게 포착했다. (고해상도 사진 보러 가기)

행성이 모항성을 지나갈 때 밝기가 낮아짐을 정확하게 잡아내며 행성이 있음을 알렸다. ⓒ NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Kevin B. Stevenson (APL), Jacob A. Lustig-Yaeger (APL), Erin M. May (APL), Guangwei Fu (JHU), Sarah E. Moran (University of Arizona)

관측 결과 TESS의 관측은 정확했으며, 행성 존재에 대한 2차 검증이 완료되었다. 지구 크기의 작은 암석형 외계 행성의 대기를 관측할 수 있는 망원경은 현재 제임스 웹이 유일하다. 따라서 외계 행성과 이들의 대기에 관한 자세한 탐사는 이제 시작인 셈이다.

어떤 조합으로도 가능한 행성 대기 구성 물질

연구팀은 행성이 모항성 앞을 지나갈 때를 정확히 포착하여 스펙트럼을 촬영했는데 위 결과를 통해서 대기를 분석하기 시작했다. 하지만 아직 행성의 대기에 무엇이 있는지에 관해서는 정확한 결론을 내리지 못했다. 위 결과대로라면 행성에 대기가 없을 수도 있지만, 여러 가지 조합으로도 설명 가능한 대기의 결과일 수도 있기 때문이다.

이에 관해서 제임스 웹의 결과는 너무 아름답다고 설명한 같은 팀의 에린 메이 박사(Dr. Erin May)는 매우 민감한 망원경은 다양한 분자를 쉽게 감지함으로써 아직 행성의 대기에 어떠한 물질들이 있는지 정확한 결론을 내릴 수는 없다고 주장했다.

행성의 대기가 없을 수도 있으나 여러 가지 가능성이 있음에 더 큰 무게를 두고 있다. 예를 들어서 금성과 같은 이산화탄소 대기 행성일 수도 있다. ⓒ NASA, ESA, CSA, Leah Hustak(STScI), Kevin B. Stevenson(APL), Jacob A. Lustig-Yaeger(APL), Erin M. May(APL), Guangwei Fu(JHU), Sarah E. Moran(University of Arizona)

다만 연구팀은 LHS 475 b 행성의 대기에 무엇이 있는지 밝힐 수는 없지만, 무엇이 존재하지 않는지는 설명할 수 있다고 설명했다. 암석형 행성이 가질 수 있는 몇몇 대기 종류는 가질 수 없으며, 토성의 위성인 타이탄과 비슷한 두꺼운 메탄 대기도 존재할 수 없다.

하지만 연구팀은 순수한 이산화탄소 대기와 같은 대기의 형태를 취하고 있을 수도 있다고 설명했다. 반직관적으로 100% 이산화탄소 대기로 이루어져 있다면 감지하기가 매우 어려워지기 때문이다. 이를 확인하기 위해서는 훨씬 더 정확한 측정이 필요하다. 연구팀은 이를 위해서 올여름 같은 행성의 추가 관측을 실시할 전망이다.

금성과 같은 행성일 가능성이 있다

제임스 웹 팀과 연구팀은 행성이 지구보다 훨씬 더 가까운 궤도에서 모항성을 돌고 있기에 온도가 지구보다 수백도 더 높다고 설명하며, 만약 위 행성에 구름이 감지된다면 이산화탄소를 가지고 있다고 결론을 내릴 수 있을 것이라고 설명했다. 만약 위 가설이 확인된다면 행성이 두꺼운 구름에 가려진 금성과 비슷한 성질을 띠고 있다고 생각된다. 연구팀은 행성이 매우 가까운 궤도로 모항성을 돌고 있지만 모항성이 M등급의 어둡고 차가운 별임을 감안하면 여전히 적당한 대기를 가질 수 있다는 점에 더 큰 무게를 두고 있다.

연구팀의 발견은 제임스 웹 우주망원경이 태양보다 더 작은 적색 왜성 주위를 공전하는 지구 크기의 행성을 정확히 찾아낼 수 있다는 자신감과 가능성을 열었음에 큰 의의가 있다. 연구를 이끈 스티븐슨 박사는 이제 시작이라고 밝히며 암석형 행성의 확인은 제임스 웹의 정확도로 인해서 가능했다고 설명했다. 루스틱-예거박사도 이에 동의하며 제임스 웹 우주망원경이 암석형 행성 발견의 새로운 시대를 열었다고 주장했다.

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