나이가 1천600만년밖에 안 된 태양형 별 주위에서 대기에 규산염 구름(silicate clouds)이 있는 외계행성과 먼지·가스 등으로 이뤄진 행성 주변 원반(circumplanetary disk) 속에 있는 외계행성이 포착됐다.

미국 우주 망원경 과학 연구소(STScI) 키엘란 호크 박사팀은 11일 과학 저널 네이처(Nature)에서 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 310광년 밖의 별 'YSES-1' 주위에서 규산염 구름이 가득한 대기를 가진 외계행성(YSES-1c)과 행성 주변 원반 속에 있는 외계행성(YSES-1b)을 발견했다고 밝혔다.

연구팀은 이 발견은 목성과 유사한 외계행성이 실시간으로 형성되는 과정을 관찰할 기회를 준다며 젊은 외계 행성계와 태양계를 비교함으로써 우리 행성들이 어떻게 변화해왔는지에 대한 단서를 얻을 수 있다고 말했다.

YSES-1 시스템은 지구에서 약 310광년 떨어져 있고 나이가 1천670만년으로 추정되며 태양과 유사한 젊은 별과 목성보다 큰 두 개의 가스 행성으로 구성돼 있다. 목성의 14배와 6배 크기인 두 행성은 각각 160AU(천문단위:태양-지구 거리=1억5천만㎞)와 320AU 떨어진 곳에서 YSES-1을 돌고 있다.

연구팀은 YSES-1b와 c는 다른 외계행성들보다 더 붉은색을 띠고 있어 독특한 대기 특성을 가진 것으로 추정돼왔다며, 이 시스템은 JWST 이전에도 여러 망원경으로 관측됐지만 성능 등의 문제로 정밀 관측은 불가능했다고 지적했다.

이들은 이 연구에서 JWST에 탑재된 분광 관측 장비를 이용해 YSES-1 주변의 거대한 가스형 외계행성 YSES-1b와 c 스펙트럼을 직접 관측해 분석했다.

연구팀은 태양계 밖의 젊은 거대 행성을 중적외선으로 직접 연구하는 것은 JWST 이전에는 불가능했다며 태양형 항성 주위에 거대 가스 행성이 두 개 있는 YSES-1 시스템은 외계행성 초기 진화를 연구할 수 있는 이상적인 천체라고 말했다.

스펙트럼 분석 결과 YSES-1c 대기에 규산염 구름이 있다는 사실이 처음으로 직접 관측을 통해 확인됐다. 또 입자 크기 0.1㎛ 이하로 추정되는 규산염 구름에는 철(Fe)이 포함돼 있어 빗물처럼 행성으로 떨어질 가능성이 있는 것으로 추정됐다.

YSES-1c보다 안쪽에 있는 YSES-1b 주변에서는 행성이나 위성이 만들어질 때 먼지 같은 재료를 공급할 수 있는 행성 주변 원반이 발견됐다.

연구팀은 YSES-1 시스템이 1천760만년밖에 안 됐지만 이 정도 나이면 별을 둘러싼 행성 형성 원반은 사라져야 정상이라며 이 발견은 이런 디스크가 어떻게 그렇게 오래 유지될 수 있는지에 대한 새로운 의문을 제기한다고 말했다.

호크 박사는 "이 연구는 JWST 탑재 장비(NIRSpec)가 YSES-1 주위의 외계행성 2개를 동시에 관측할 수 있을 것이라는 가정하에 JWST 발사 전 계획됐다"며 "지금까지 나온 것 중 가장 상세한 다항성계 데이터를 제공하는 이 결과는 그런 가정이 정확했음을 입증한다"고 말했다.

이어 "YSES-1의 행성들은 서로 너무 멀리 떨어져 있어 현재의 행성 형성 이론으로는 설명하기 어렵다"며 "특히 YSWS-1c 주변의 규산염 구름과 YSES-1b 주변의 원반은 행성 형성과 진화에 대한 미스터리를 더해준다"고 덧붙였다.

◆ 출처 : Nature, Kielan Hoch et al., 'Silicate clouds and a circumplanetary disk in the YSES-1 exoplanet system', https://www.nature.com/articles/s41586-025-09174-w