웹 망원경, 탄소 산소 풍부한 거대 외계행성 대기 확인

은하계 외부 거대한 행성의 대기 구성은 태양계 추세와 일치하지 않는다는 것을 국제 천문학자 팀이 발견했다.

태양 궤도를 도는 거대 가스 행성은 명확한 패턴을 보여준다. 행성의 질량이 클수록 행성 대기에서 “무거운” 원소(수소와 헬륨 이외의 모든 것)의 비율이 낮아진다.

NASA 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope, JWST)을 사용하여 연구자들은 우리 태양과 비슷한 별 주위를 공전하는 “뜨거운 목성”인 외계행성 HD149026b의 대기에 더 무거운 원소인 탄소와 산소가 매우 풍부하다는 사실을 발견했다. 또한 “Smertrios”라고도 알려진 HD149026b의 진단용 탄소 대 산소 비율은 우리 태양계에 비해 높았다.

27일 네이처(nature) 저널에 발표된 이러한 발견은 통계적 경향을 찾기 위해 많은 외계 행성 샘플에 대한 유사한 측정을 얻기 위한 중요한 첫 단계다.

우리 태양계의 거대한 행성은 전체 구성과 대기 구성 및 질량 사이에 거의 완벽한 상관 관계를 보인다. 외계 행성은 훨씬 더 다양한 전체 구성을 보여주지만, 과학자들은 HD149026b를 분석하기 전까지 대기 구성이 얼마나 다양한지 알지 못했다.

미국 시카고 대학 천체 물리학 교수이자 논문 주저자 Jacob Bean은 “우리는 거대한 외계 행성의 대기 구성이 태양계 행성에서 매우 분명한 동일한 경향을 따르지 않는다는 것을 확실히 보여주었다. 거대한 외계 행성은 전반적인 구성의 다양성 외에도 대기 구성의 다양한 다양성을 보여준다”고 설명했다.

공동 저자 Jonathan Lunine은 “Smertrios는 그 질량에 비해 매우 농축되어 있다. 그것은 토성의 질량이지만, 그 대기는 우리가 토성에서 발견한 수소와 헬륨에 비해 27배나 많은 무거운 원소를 가지고 있는 것 같다”고 말했다.

“금속성”이라고 불리는 이 비율은 행성을 모항성이나 시스템의 다른 행성과 비교하는 데 유용하다. Smertrios는 이 특정 행성계에서 알려진 유일한 행성이다.

Lunine에 따르면 행성 대기의 탄소 대 산소의 비율은 Smertrios의 경우 약 0.84로 태양계보다 높다. 우리 태양에서는 산소 원자 2개당 탄소 1개다(0.55).

풍부한 탄소가 생명의 기회에 유리한 것처럼 보일 수 있지만 높은 탄소 대 산소 비율은 실제로 행성이나 행성계에 물이 적다는 것을 의미한다. 이는 생명체의 문제다.

JWST를 사용하여 내년에 5개의 거대한 외계 행성을 더 관찰할 계획을 가지고 있는 Lunine은 Smertrios가 이 특정 연구를 위한 대기 구성의 흥미로운 첫 사례라고 말했다.