지구에서 약 48.6광년 떨어진 곳의 지구형 외계행성 표면을 처음으로 직접 관측해 대기가 없다는 것을 확인했다.

이 행성은 달이나 수성처럼 대기가 아예 없거나 있어도 미미한 수준이며, 달의 바다(mare)로 불리는 표면의 어두운 부분에서 발견되는 것과 같은 차가운 화산 물질로 덮여있는 것으로 추정됐다.

미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)에 따르면 하버드-스미스소니언 천체물리학센터(CfA)의 로라 크라이드버그 박사가 이끄는 연구팀은 스피처우주망원경을 통해 외계행성 'LHS 3844b'를 관측한 결과를 과학저널 '네이처(Nature)' 최신호에 발표했다.

▲ LHS 3844b 상상도

LHS 3844b는 반지름이 지구 1.3배로 지구와 비슷한 크기이며, 태양보다 작고 온도도 낮은 M형 왜성(적색왜성)을 11.1시간 주기로 돌고 있다.

이 행성은 지난해 '행성 사냥꾼'이라는 별명을 가진 NASA의 우주망원경 테스(TESS)가 별 앞을 지날 때 별빛이 줄어드는 것을 통해 행성의 존재를 확인하는 '천체면통과(transit)' 방법으로 발견했다.

행성 표면에서 반사되는 빛을 직접 포착해 외계행성을 찾아낼 수도 있지만 이보다 훨씬 더 밝은 별빛에 묻혀있어 식별해 내기가 어렵다.

▲ LHS 3844b 공전과 스피처 망원경으로 포착한 항성과 행성의 적외선. 11.1시간 주기 중 행성이 별 앞을 가린 3시간 째와 별 뒤에 선 9시간 째별과 행성의 적외선 량에 차이가 뚜렷하게 나타나 있다.

크라이드버그 박사 연구팀은 후속 관측에서 NASA의 적외선 우주망원경인 스피처를 통해 LHS 3844b 표면의 적외선을 포착할 수 있었다고 한다.

LHS 3844b가 공전과 자전 주기가 같아 한쪽 면만 별빛을 받고 있으며, 늘 별빛을 받는 쪽은 온도가 770도에 달해 많은 적외선을 내뿜고 있는데 스피처 망원경이 이를 포착한 것이다.

연구팀은 별빛을 받는 쪽과 그렇지 않은 쪽의 온도 차이를 측정했으며 이를 통해 두 곳 사이의 열전달이 거의 없다는 것을 확인했다. 이는 뜨거운 곳에서 추운 곳으로 열을 옮겨주는 대기가 아예 없거나 있어도 미미하다는 것을 의미한다.

스피처 망원경을 통해 M형 왜성을 도는 지구형 행성의 대기 정보를 확인한 것은 이번이 처음이다.

크라이드버그 박사는 "M형 왜성을 도는 행성의 대기 관한 많은 이론이 있지만 이를 실증적으로 연구할 수는 없었다"면서 LHS 3844b를 통해 대기가 없다는 것을 처음으로 관측을 통해 확인하게 됐다고 강조했다.

행성의 대기는 생명체가 살 수 있는 곳인지를 결정하는 중요한 조건이다. 지구 표면에 물이 존재해 생명체가 번창할 수 있는 것도 대기가 있었기 때문에 가능한 것으로 지적되고 있다. 이는 지구의 1%가 채 안 되는 '붉은행성' 화성에서 한때 표면을 덮었던 대양과 강이 모두 사라진 데서도 알 수 있다.

LHS 3844b가 돌고 있는 M형 왜성은 우리은하에서 가장 흔한 별로, 가장 많은 행성을 거느리고 있을 것으로 추정되지만, 태양보다 강한 자외선을 내뿜고 돌발적으로 다량의 에너지를 방출하는 플레어 현상도 잦아 주변을 도는 행성의 대기가 파괴되는 경향이 강하다.

크라이드버그 박사는 그러나 "태양계 안 지구형 행성이 다양한 형태를 보이는 것처럼 M형 왜성을 도는 외계행성 중에 대기를 가진 행성이 있을 것이라는 희망을 여전히 갖고 있다"고 밝혔다.

논문 공동저자인 JPL의 외계행성 과학자 후런위 박사는 LHS 3844b의 표면이 "상당히 어두우며" 화산석의 일종인 현무암으로 덮여있을 것으로 추정된다면서 "달의 어두운 부분이 고대 화산활동으로 생긴 것처럼 이 행성에서도 같은 현상이 벌어진 것으로 상정하고 있다"고 덧붙였다.

국제팀  press@jeonpa.co.kr

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