“지구 닮았지만 대기는 없다” 제임스웹, 39광년 거리 암석행성 분석

태양계 이웃의 지구형 행성인 트라피스트(TRAPPIST)-1b에 대기가 존재하지 않는다는 연구 결과가 나왔다. 트라피스트-1b는 왜성(矮星) 트라피스트-1 주위를 도는 행성 중 하나이다. 왜성은 이름 그대로 작고 온도가 낮아 빛이 약한 별이다.

2016년 발견된 이 행성들은 지구에서 40광년(光年, 1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 밖에 떨어져 있지 않고, 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 거리만큼 별에서 떨어져 있어 생명체가 있을 가능성도 제기됐었다. 하지만 대기가 존재하지 않는다면 생명체의 존재 가능성도 희박할 것으로 보인다.

미 항공우주국(NASA·나사) 에임스 연구센터의 천체물리학자인 토머스 그린 연구원이 이끄는 국제 연구팀은 지난 27일(현지시각) ‘네이처’에 제임스웹 우주망원경(JWST)으로 트라피스트-1b의 온도를 측정한 결과를 발표했다.

제임스웹을 이용해 트라피스트-1 행성의 온도를 측정한 결과. /NASA

앞서 다른 연구진들은 2016년과 2017년에 트라피스트-1 주변을 도는 7개의 행성이 존재한다는 사실을 발견했다. 이들 행성은 지구와 밀도가 비슷하고, 그 중 최소 4개는 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 온도 범위인 거주 가능 영역에서 트라피스트-1 주위를 돌고 있었다. 이 때문에 생명체가 존재할 수 있다는 가능성이 제기되기도 했다.

하지만 이번 연구 결과로 생명체의 존재 가능성은 물론이고, 인류가 우주에서 잠재적으로 거주할 수 있는 행성의 수도 줄어들게 됐다. 연구팀이 제임스웹을 이용해 트라피스트-1b의 행성 온도를 측정한 결과, 이 행성의 온도가 약 230°C에 이르는 것으로 나타났다. 열을 분산하는 대기가 있다고 가정한 것보다 100도 정도 높은 것이다.

연구를 이끈 토마스 그린은 “사람들은 트라피스트-1 행성들이 열을 순환시키는 두꺼운 대기를 가지고 있어서 그다지 밝지 않을 것이라고 예측하고 있었다”며 “다섯 번에 걸쳐 관측을 진행했지만 같은 결과가 나왔다”고 말했다.

이번 논문의 공동 저자이자 트라피스트-1의 초기 연구를 맡았던 프랑스 원자력청(CEA)의 엘사 뒤크로(Elsa Ducrot)는 보다 자세하게 연구 결과를 설명했다. 그는 “이번 측정에서 이산화탄소에 의해 흡수되는 어떤 빛의 흔적도 찾을 수 없었다”며 “다양한 시나리오를 바탕으로 연구를 진행했지만 결과는 열을 순환시킬 대기가 없는 다른 암석으로 만들어진 행성과 거의 일치했다”고 말했다.

제임스웹 우주망원경팀에 있는 손상모 미국 우주망원경과학연구소 수석연구원은 “이번 연구의 가장 큰 의미는 암석으로 이뤄진 외부 행성의 표면에서 방출된 빛을 인류 역사 최초로 관측했다는 것”이라며 “암석형 외부행성의 본격적인 관측이 시작됐음을 알리는 계기”라고 평가했다.

외계 행성의 질량이나 크기는 보통 행성이 공전할 때 별이 미세하게 움직이는 속도를 포착해서 알아낸다. 아니면 행성이 별 앞을 지나갈 때 별볓이 어두워지는 정도를 분석해 추정한다. 두 가지 모두 간접적인 방법이고 행성이 방출하는 빛과는 무관하다. 손 수석연구원은 “이번에는 제임스웹 우주망원경의 중적외선기기(MIRI)로 행성 표면을 직접 관측햤다”며 “행성이 별 뒤로 숨기 전후 0.1%에 불과한 밝기의 차이로 온도로 환산했다”고 설명했다.

국제 연구팀은 별의 형성 직후에 대기가 사라졌거나 강력한 플레어가 대기를 사라지게 했을 것이라고 추정했다. 다만 이번 연구는 트라피스트-1b을 관측한 결과로 앞으로 나머지 트라피스트-1 행성들에 대한 연구에서 다른 결과가 나올 가능성도 있다. 트라피스트-1b 외에 e, f, g 행성은 여전히 물이 액체 상태로 존재할 가능성이 높은 이른바 ‘생명체 거주 가능 영역’에 있다.

참고자료

Nature, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05951-7

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