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웹 망원경, 700광년 밖 가스행성 대기서 CO₂ 분명하게 첫 포착

송고시간2022-08-26 11:00

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제임스 웹 우주망원경(JWST)이 약 700광년 밖 가스 행성의 대기에서 이산화탄소(CO₂)의 존재를 처음으로 분명하게 포착, 외계행성 대기 분석 능력을 입증했다.

미국 항공우주국(NASA)과 스위스 베른대학 등에 따르면 샌타크루즈 캘리포니아대학 천체물리학 교수 나탈리 바탈라 박사가 이끄는 국제연구팀은 웹 망원경의 근적외선분광기(NIRSpec)를 이용해 가스행성 WASP-39 b 대기에서 CO₂를 확인했으며, 관련 논문을 과학저널 '네이처'(Nature)를 통해 발표할 예정이다.

연구팀은 웹 망원경 NIRSpec을 이용해 4.1~4.6㎛(마이크로미터) 영역의 작은 증가를 포착했는데, 이는 외계행성에서 감지된 CO₂ 증거 중 처음으로 분명하고 상세한 것이라고 설명했다.

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외계행성 대기 분석력 입증…"작은 암석형 행성 대기분석 좋은 징후"

웹 망원경을 통해 대기에서 CO₂가 분명하게 확인된 WASP-39 b 상상도
웹 망원경을 통해 대기에서 CO₂가 분명하게 확인된 WASP-39 b 상상도

[NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 약 700광년 밖 가스 행성의 대기에서 이산화탄소(CO₂)의 존재를 처음으로 분명하게 포착, 외계행성 대기 분석 능력을 입증했다.

CO₂는 행성의 기후에 큰 영향을 미치는 요소로, 이를 파악하는 것은 행성의 형성 및 진화 과정에 대한 단서를 얻고 생명체 친화적인 외계행성을 찾아내는데 필수적이다.

미국 항공우주국(NASA)과 스위스 베른대학 등에 따르면 샌타크루즈 캘리포니아대학 천체물리학 교수 나탈리 바탈라 박사가 이끄는 국제연구팀은 웹 망원경의 근적외선분광기(NIRSpec)를 이용해 가스행성 WASP-39 b 대기에서 CO₂를 확인했으며, 관련 논문을 과학저널 '네이처'(Nature)를 통해 발표할 예정이다.

WASP-39 b는 태양급 행성을 도는 거대 가스행성으로 지름은 목성의 1.3배에 달하지만 질량은 4분의 1에 불과해 토성과 비슷하다.

태양∼수성 거리의 8분의 1밖에 안 되는 궤도를 약 4일 주기로 돌아 온도가 900℃에 달하는데 이런 점이 행성 크기를 부풀리는 작용을 한 것으로 추정됐다.

이 행성은 지난 2011년 항성 앞을 지나면서 별빛이 주기적으로 미세하게 줄어드는 것이 지상 망원경에 포착돼 존재가 확인됐다.

허블 우주망원경을 이용한 이전 관측에서는 대기 중에 수증기와 나트륨, 칼륨 등이 있는 것으로 나타났으며, 이번 웹 망원경 관측을 통해 CO₂도 존재하는 것이 확인됐다.

행성이 별 앞을 지날 때 별빛 중 일부가 행성의 대기를 통과하는데, 가스마다 지문처럼 흡수하는 색이 달라 분광기로 대기를 통과한 별빛의 미세한 차이를 분석하면 대기 구성 성분을 파악할 수 있다.

WASP-39 b는 나흘에 한 번꼴로 항성 앞을 지나고 대기도 부풀려진 상태라 대기 성분을 파악하기 좋은 조건을 갖춘 상태였다.

 4.1~4.6㎛ 증가로 CO₂ 존재를 분명하게 보여주는 분광 결과
4.1~4.6㎛ 증가로 CO₂ 존재를 분명하게 보여주는 분광 결과

[NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

연구팀은 웹 망원경 NIRSpec을 이용해 4.1~4.6㎛(마이크로미터) 영역의 작은 증가를 포착했는데, 이는 외계행성에서 감지된 CO₂ 증거 중 처음으로 분명하고 상세한 것이라고 설명했다.

이전에는 어떤 망원경도 3∼5.5㎛ 영역에서 이런 차이를 잡아내지 못했다고 한다.

이 영역은 다양한 형태의 외계행성에 존재할 것으로 추정되는 CO₂뿐만 아니라 물이나 메탄 등의 분포를 측정하는데도 중요한 것으로 지적됐다.

바탈라 교수는 "WASP-39 b에서 분명한 CO₂ 신호를 포착한 것은 앞으로 이뤄질 이보다 작은 암석형 행성의 대기 분석에 대한 좋은 징후"라고 강조했다.

행성의 대기 구성 성분은 행성의 기원과 진화 등에 관해 정보를 제공해주기 때문에 이를 이해하는 것이 중요하다고 한다. 특히 CO₂ 분자는 행성 형성의 역사에 관한 예민한 단서 역할을 하는데, 이를 측정하면 거대 가스행성이 형성될 때 얼마나 많은 가스가 이용됐는지를 파악할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

논문 공동저자인 베른대학의 엘스페스 리 박사는 "WASP-39 b 대기에서 분명하게 포착된 CO₂는 탄소와 산소 분자량에 관한 정보를 제공해주고, 이는 행성 형성 단계에서 흡수했을 수 있는 암석과 가스물질은 물론 극단적인 조건에서 발생하는 다양한 화학적 과정에 관한 단서를 제공해준다"고 했다.

웹 망원경 NIRSpec으로 포착한 WASP-39 b 광도 곡선
웹 망원경 NIRSpec으로 포착한 WASP-39 b 광도 곡선

[Illustration: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

eomns@yna.co.kr

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