제임스 웹 우주 망원경이 초고온 외계 행성 대기에서 물을 발견했습니다.

 

제임스 웹 우주 망원경이 WASP-18 b라는 초고온 외계 행성 대기에서 물을 발견했습니다. WASP-18 b의 대기는 섭씨 약 2700도에 이릅니다. 이 행성은 하루 이하의 시간 안에 별 주위를 공전하는 초거대 가스 행성입니다. WASP-18 b는 태양계에서 가장 큰 행성인 목성보다 10배 더 무거운데요. 이 행성은 태양과 비슷한 성질을 가진 WASP-18라는 항성으로부터 약 400 광년 떨어진 곳에 위치하고 있으며, 평균 거리는 약 310만 킬로미터입니다. 비교하자면, 태양에서 가장 가까운 행성인 수성은 태양에서 약 6340만 킬로미터 거리에서 태양을 공전합니다.

모항성에 근접한 거리로 인해 WASP-18 b의 대기 온도는 대부분의 수분 분자가 분해되는 정도로 높아진다고 NASA는 발표했습니다. 웹 우주 망원경이 잔여 물의 특징을 분석할 수 있었다는 사실은 이 망원경의 관측력을 증명하는 것입니다.

 

WASP-18 b의 상상도. NASA/JPL-Caltech (K. Miller/IPAC)

 

NASA는 "이 행성의 대기 구성은 거의 섭씨 2700도의 극한 온도에도 불구하고 여러 개의 작지만 정확하게 측정된 수증기 특징을 명확하게 보여줍니다"라고 밝혔습니다. "대부분의 수분 분자가 파괴될 정도의 열기 때문에, 아직도 물의 존재를 관찰할 수 있는 것은 웹 망원경이 남아 있는 물을 감지하는 탁월한 감도를 가지고 있다는 것을 보여줍니다."

WASP-18 b는 2008년에 발견되었으며, 허블 우주 망원경, NASA의 X-선 우주 망원경 Chandra, 외계 행성 탐사기 TESS 및 현재 폐기된 적외선 우주 망원경 Spitzer 등 다른 망원경들에 의해 연구되었습니다. 그러나 이러한 우주 망원경들은 모두 행성의 대기에서 물의 흔적을 관측하기에는 감도가 부족했다고 합니다.

"이러한 스펙트럼에서의 물 특징은 매우 미묘해서 이전 관측에서는 식별하기 어려웠습니다"라고 Carnegie Institution for Science의 박사 후 연구원인 Anjali Piette는 발표에서 말했습니다. "그래서 JWST 관측에서 마침내 물의 특징을 볼 수 있게 되어 매우 흥미로웠습니다."

WASP-18 b는 거대하고 뜨거우며 부모 별에 가까운 위치에 있는데다가 조석 고정 상태입니다. 이는 달의 가까운 면이 항상 지구를 향하듯이 행성의 한 면이 계속해서 별을 향하게 됨을 의미합니다. 이 조석 고정 현상으로 인해 행성 표면에는 온도의 상당한 차이가 존재합니다. 웹 망원경의 측정을 통해 이러한 차이를 상세하게 매핑하는 것이 처음으로 가능해졌습니다.

 

James Webb 우주 망원경이 외계 행성 WASP-18 b의 초고온 대기에서 감지한 물의 흔적. 출처: NASA/JPL-Caltech(R. Hurt/IPAC)

 

측정 결과, 행성의 가장 강하게 조명되는 부분은 일몰 지대와 비교하여 최대 섭씨 1100도 더 높은 온도를 가질 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 과학자들은 이러한 중요한 온도 차이를 예상하지 않았으며, 행성 주위의 열 분포를 막는 메커니즘이 존재하는것으로 여겨지는데, Michigan 대학의 공저자인 Ryan Challener는 이 행성이 강력한 자기장을 가지고 있어, 행성 내 바람이 부족한 상태라고 추측했습니다.

온도 지도를 작성하기 위해 연구자들은 행성이 별의 앞을 지나가는 동안사라지는 별의 적외선 빛의 차이를 측정하여 행성의 적외선 빛을 계산했습니다.

"JWST는 WASP-18 b와 같은 초거대 가스 행성을 이전보다 훨씬 상세하게 맵핑할 수 있는 감도를 제공합니다"라고 Arizona 대학의 Sagan 연구원이자 결과 논문의 공저자인 Megan Mansfield는 발표에서 말했습니다. "이는

JWST가 처음으로 행성을 맵핑한 것을 보니, 예측한 바와 같이 별을 직접 향한 지점에서 온도가 급격히 하락하는 것을 데이터에서 확인할 수 있어서 정말 흥미롭습니다."

이번 연구는 5월 31일에 Nature에 온라인으로 발표되었습니다.

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06230-1.epdf?sharing_token=134Etmo93ZL36te-ht3jm9RgN0jAjWel9jnR3ZoTv0N--JKmcGdGc6KIPn1Alo1cKD88wDg30kAJfCxJaHeJeca9zkDzVa4HRIPjPHUVfSMHKk4-zri7IJoZ5dik5PK0VNisGGQw5zKR-PzS-hD_hs3R8lGWWTOlksKKT8RFz87D2gpKE6kVwsz0w6vmzFfyAkODD1qqV5hf8vIN_u2w2mCPZfjjZeMvXdK6tIdU7LOhT7wi3blD1Hhfpi0UUI96vbr9_HJqkPpMcc-cXXos8qRVizDE6V9wHXcBbYDpPTc%3D&tracking_referrer=www.space.com