웹 망원경, 용암 행성에서 대기 발견

천문학자들은 먼 항성을 공전하는 암석 행성이 대기를 유지하고 있다는 강력한 증거를 발견했다. 이 결과는 그러한 행성들이 어떻게 진화하는지에 대한 오랜 가정에 반하는 것이다. HD 3167b라고 불리는 이 행성은 이른바 용암 행성으로, 모항성에 극도로 가까이 공전하는 암석 행성 부류에 속한다.

이 연구는 지금까지 발사된 가장 강력한 관측소인 제임스 웹 우주 망원경에 의존했다. 이 망원경은 지구에서 약 150만 킬로미터 떨어진 지점에서 적외선으로 우주를 관측한다. 연구자들은 행성이 항성 앞을 지나갈 때 망원경으로 관측하는 통과 분광법이라는 기법을 사용했다. 행성을 둘러싼 가스를 통과한 별빛을 분석함으로써 연구팀은 얇은 대기와 일치하는 신호를 발견했다.

HD 3167b는 물고기자리 방향으로 약 150광년 떨어져 있다. 항성을 하루도 안 되어 공전하며, 수성이 태양을 도는 것보다 훨씬 빠르다. 그 거리에서 행성은 항성 복사에 노출되며, 과학자들은 일반적으로 대기가 벗겨져 우주로 날아갈 것으로 예상했다.

이 행성은 이상한 중간 지대에 위치한다. 용암 행성치고는 상대적으로 차갑지만, 우리가 아는 생명에게는 너무 뜨겁다. 표면 온도는 암석을 녹일 만큼 높아 물의 바다가 아닌 용융 물질의 바다를 형성할 수 있다. 따라서 생물학의 서식지로는 가능성이 낮지만, 극한 조건에서 대기가 어떻게 행동하는지 연구할 수 있는 귀중한 자연 실험실이다.

이 발견을 주목할 만하게 만드는 것은 적어도 암석 구성과 항성과의 긴밀한 유대에서 이 행성이 어떤 면에서 초기 지구와 닮았다는 점이다. 수십억 년 전, 젊은 지구와 그 이웃들도 더 활동적인 태양으로부터 강렬한 복사에 직면했다. 그 단계를 살아남는 대기를 이해하면 일부 암석 행성은 왜 벌거벗은 채로 남고 다른 행성은 보호 가스 담요를 유지하는지 설명하는 데 도움이 될 수 있다.

한 가지 가능성은 대기가 원시적이지 않다는 것, 즉 행성을 형성한 가스와 먼지 구름에서 물려받은 것이 아니라는 점이다. 대신 화산 활동이나 표면의 용융 암석 증발에 의해 내부에서 보충될 수 있다. 만약 그렇다면, 이 행성은 암석 행성의 내부 화학을 들여다보는 창이 될 수 있다. 이는 우리 태양계에서조차 탐구하기 어려운 주제다.

이 결과는 웹 망원경 덕분에 가능해진 광범위한 외계행성 과학의 물결의 일부다. 웹 망원경은 크고 작은 행성의 하늘을 조사하는 데 사용되어 왔다. 각각의 새로운 측정은 작은 암석 행성 주위에 대기가 얼마나 흔한지, 그리고 얼마나 오래 지속되는지에 대한 질문에 데이터 포인트를 추가한다.

현재로서 HD 3167b는 확정된 그림이 아니라 하나의 흥미로운 사례일 뿐이다. 대기를 확인하고, 그 구성 성분을 밝히고, 어떻게 지속되는지 알아내려면 더 많은 관측이 필요하다. 그러나 초기 증거는 벌거벗은 암석과 가스로 뒤덮인 세계 사이의 경계가 과학자들이 한때 생각했던 것보다 더 모호하며, 극단적인 궤도에 있는 행성조차도 놀라움을 품을 수 있음을 시사한다.