지구보다 크고 해왕성보다는 작은 행성이 수성처럼 가까운 거리에서 별을 도는 행성계는 우리 은하에 아주 흔하다고 한다.

태양계에는 이런 행성이 없지만 태양과 비슷한 별을 둔 행성계에서는 절반 이상이 이를 갖고 있다.

이른바 '따듯하거나 뜨거운 아(亞)해왕성'(sub-Neptune)으로 불리는 이런 행성은 크기나 질량, 궤도 등이 이미 파악돼 있지만 대기가 어떻게 구성돼 있는지는 여전히 미스터리로 남아있다.

▲ 지구보다는 크고 해왕성보다는 작은 아(亞) 해왕성은 태양과 비슷한 행성계의 절반 이상이 갖고 잇는 흔한 행성이지만 태양계에는 존재하지 않는다. 이 미스터리를 풀려면 대기 구성 성분을 밝히는 것이 필요한데, 내달 18일 발사되는 제임스 웹 우주망원경을 통해 이를 파악할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

외계 행성의 대기는 행성이 별 앞을 지날 때 대기에 투과되는 별빛을 분석해 알아내는데, 아해왕성은 작은 입자나 에어로졸 등으로 된 구름이나 연무가 빛을 분산시켜 대기 성분을 파악하는 것이 어려웠다. 이 때문에 아해왕성이 어떻게 형성되고 태양계에는 왜 이런 행성이 없는지 등 근본적인 의문들이 해소되지 않아왔다.

그러나 내달 18일 차세대 '제임스 웹 우주망원경'(JWST)이 발사되면 외계 행성의 대기 분석이 가능해져 아해왕성을 둘러싼 베일도 벗겨질 것으로 기대되고 있다.

미국 항공우주국(NASA)에 따르면 시카고대학 천문학자 제이콥 빈과 메릴랜드대학 외계행성 대기 모델링 전문가 엘리자 켐프턴이 이끄는 연구팀은 웹 망원경 가동 첫 해에 아해왕성 GJ 1214 b와 TOI-421 b를 관측할 수 있는 시간을 따냈다.

허블 우주망원경 때와 마찬가지로 이중 익명 심사시스템을 통해 경쟁을 거쳐 선정됐다.

GJ 1214 b은 약 48광년 떨어진 적색왜성을 도는 따뜻한 아해왕성으로 파악돼 있다. 공전 주기가 짧고 별에 비해 행성이 크며 지구와의 거리도 상대적으로 가까워 관측이 용이하다. 이런 점으로 수십여건의 연구가 진행돼 왔으며, 아해왕성의 전형이 돼왔다.

연구팀은 GJ 1214 b의 공전주기보다 약간 더 긴 50시간 가까이 연속해서 중적외선장비(MIRI)로 행성을 관측하고, 투과분광법을 비롯한 3가지 방식으로 대기 구성 성분을 분석하게 된다.

연구팀은 또 약 244광년 밖에서 태양과 비슷한 별을 도는 TOI-421 b 행성도 같이 들여다본다.

TOI-421 b는 GJ 1214 b와 크기, 밀도 등이 비슷하지만 별에 더 가까이 붙어있어 뜨거운 아해왕성으로 분류돼 있다.

연구팀은 TOI-421 b 행성이 별 앞을 지날 때 '근적외선 이미저 및 슬릿 없는 분광기'(NIRISS)와 '근적외선분광기'(NIRSpec)를 각각 이용해 두 차례에 걸쳐 관측, 완전한 근적외선 투과 분광 결과를 얻게된다.

연구팀은 웹 망원경의 다양한 관측법을 활용해 기존 망원경으로는 관측이 어려웠던 아해왕성의 대기를 파악할 수 있을 것으로 전망하면서 이들 두 행성을 넘어 아해왕성급 행성에 대한 이해를 넓힐 수 있을 것으로 기대했다.

국제팀  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>