제임스 웹 우주망원경, 외계 행성 대기에서 이산화탄소 첫 관측…행성 형성의 비밀 밝히나

미 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 지구에서 수백 광년 떨어진 별 HR 8799와 51 에리다니를 도는 외계 행성들의 대기에서 이산화탄소(CO₂)를 처음으로 관측하는 데 성공했다. 이번 발견은 외계 행성들의 구성과 형성 과정에 대한 이해를 크게 진전시킬 것으로 기대된다.

최근 천문학 저널(Astronomical Journal)에 발표된 이 연구는 윌리엄 O. 발머(William O. Balmer) 박사와 연구진이 주도했으며, JWST의 근적외선 카메라(NIRCam)에 장착된 특수 코로나그래프(별빛을 차단하는 장치)를 이용해 행성들을 직접 촬영할 수 있었다.

약 130 광년 거리에 있는 HR 8799 항성계에서는 4개의 거대한 가스 행성이 관측되었다. 특히 이 행성들은 기존 예측보다 훨씬 강한 CO₂ 흡수 특징을 보였는데, 이는 이들이 태양계 모델보다 중원소(금속성 물질)가 풍부한 환경에서 형성되었음을 시사한다. 연구진은 이러한 금속성 농축 현상이 금속이 풍부한 원반에서의 형성이나 초기의 역동적인 상호작용과 관련 있을 것으로 보고 있다.

약 100 광년 떨어진 51 에리다니 항성의 행성 '51 에리다니 b'의 대기에서도 예상 밖의 화학적 현상이 관찰됐다. 목성 질량을 가진 이 행성의 대기에서 복잡하고 비평형적인 화학반응의 징후가 나타났는데, 이는 행성 대기가 안정적이지 않고 역동적으로 변화하고 있음을 보여준다. 또한 이번 연구는 51 에리다니 b의 궤도가 높은 이심률을 가지고 있음을 다시 확인했으며, 이는 과거에 있었던 중력적 상호작용으로 인해 현재의 궤도 형태가 만들어졌음을 암시한다.

이번 발견은 이전 JWST 관측에서 메탄과 수증기 등을 검출한 것에 이어, CO₂의 검출이 행성 형성 시나리오와 화학적 환경을 구분하는 데 중요한 역할을 한다는 점을 강조하고 있다.

발머 박사 연구팀은 이번 연구 결과가 향후 더 높은 해상도의 JWST 관측 및 낸시 그레이스 로만 우주망원경(Nancy Grace Roman Space Telescope) 등 차세대 우주망원경을 활용한 후속 연구의 중요한 기반이 될 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 제임스 웹 우주망원경이 단지 먼 행성을 탐지하는 것뿐 아니라, 행성 대기의 화학적 흔적을 밝혀 행성과 생명의 기원을 이해하는 데 큰 역할을 할 수 있음을 다시 한번 보여주었다.

[뉴스블로그온]