[슈퍼지구] 제임스웹 우주망원경 41광년 밖 "55 캔크리e" 행성 대기층 발견, 지구 초기 역사 연구에 도움

미 항공우주국이 운영 중인 제임스웹 우주망원경이 태양계 밖 외계행성을 둘러싼 대기를 처음으로 찾아냈다. 

제임스웹 우주망원경 41광년 밖 "55 캔크리e" 행성 대기층 발견

학계에서는 해당 행성이 지구의 탄생 직후와 비슷한 환경을 띄고 있을 것으로 보고 지구 형성의 단서, 태양계의 초기 모습 등을 알아내는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

11일 천문학계에 따르면 제임스웹 망원경은 태양계에서 약 41광년 떨어진 곳의 55캔크리 e 행성에서 대기층이 존재한다는 증거를 발견했다. 이번 연구 결과가 담긴 논문은 국제학술지 네이처에 게재됐다.

55 캔크리 e는 태양과 비슷한 모항성을 공전하고 있다. 행성의 반지름은 지구의 약 2배, 무게는 약 8배 이상의 슈퍼지구형 행성이다. 슈퍼지구는 외계행성 중 질량이 지구보다 큰 암석형 행성들을 지칭한다.

연구진은 55 캔크리 e 행성이 이산화탄소 또는 일산화탄소가 풍부한 대기층으로 둘러 쌓여 있을 것으로 보고 있다.

55 캔크리 e 행성은 지구와 비슷한 암석형 행성에 대기까지 존재하지만 생명체가 존재할 가능성은 매우 희박하다. 모항성에 지구와 태양 거리 약 1억 5000만 km 보다 약 65분의 1 수준으로 가까이 있기 때문이다. 이 행성은 마치 과거의 지구처럼 용암 바다로 뒤덮여있을 것으로 예상되고 있다.

55 캔크리 e가 처음 발견된 것은 2004년이다. 20년 전 첫 발견 당시 천문하계는 55캔크리 e가 목성과 같은 거대한 가스형 행성일 것이라고 예상했다. 하지만 2011년 스피처 우주망원경으로 재 관측한 결과 가스 행성보다 훨씬 작고 밀도가 높은, 암석으로 이뤄진 슈퍼지구라는 사실이 밝혀졌다.

이후 학계에서는 55 캔크리 e가 모항성과 매우 가까이 위치하고 있는 다른 행성들보다 기온이 더 낮다는 사실을 발견해 냈다. 즉 대기 존재의 가능성이 이때 처음으로 암시된 셈이다. 이를 두고 행성이 물 분자로 둘러싸여 있거나, 수소 헬륨 등 광범위한 원시 대기를 두르고 있을 것이라는 가설이 제기되기도 했다.

하지만 이 같은 초기 가설은 모두 틀린 것으로 나타났다. 최근 연구에서는 55 캔크리 e가 암석이 기화된 매우 건조하고 얇은 대기층, 혹은 쉽게 우주공간으로 새어나가기 어려운 무거운 분자로 이뤄진 두꺼운 대기층을 갖고 있을 것이라는 주장이 나왔다.

모항성과 가까운 행성은 항성풍의 영향을 강하게 받아 대기 중의 분자들을 붙잡고 있기 어려운 만큼 이에 대응할 수 있는 독특한 특성을 가졌을 것이라는 이유에서다.

이번 제임스웹의 관측 데이터 등을 종합해 보면 55 캔크리 e의 대기는 탄소 기반의 가스를 포함하고 있는 것으로 분석했다. 대기층의 존재에 대한 확실한 증거는 확보됐으나, 대기의 전체  구성 존재하는 가스의 양 대기층의 두께 등을 알아내기 위해서는 추가적인 관찰이 필요하다.

또 학계에서는 55 캔크리 e가 대기를 갖고 있는 슈퍼지구이면서 부분적으로 용암 바다로 덮여있는 만큼 지구의 조기 역사를 알아내는 단서를 알려줄 것으로 기대하고 있다. 향후 연구에서는 행성을 둘러싼 대기층이 지표면 및 지하의 물질들과 상호작용하는 방식까지도 파악한다는 계획이다.

연구진은 우리가 살고 있는 지구도 과거 용암 바다에 수차례 뒤덮이는 단계를 거쳤을 것으로 예상되고 있다며, 이 용암 바다에 대한 실제 사례를 관찰할 수 있다는 것은 우리 지구와 태양계의 초기 역사를 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것이라고 전했다.