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거대 행성은 별의 죽음을 무시하고 제임스 웹 망원경으로 대기를 드러냅니다.

alinhamento planetário
사진: alinhamento planetário - buradaki/Shutterstock.com

제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)이 수행한 새로운 관측을 통해 죽은 별 주위를 공전하는 거대한 가스 행성 WD 1856 b에 대기가 존재한다는 사실이 확인되었습니다. 이번 발견은 목성과 비슷한 크기의 이 행성이 근처 물체를 삼키는 사건인 별의 적색거성 단계 동안 파괴되어야 했기 때문에 과학계를 놀라게 했다.

2020년에 WD 1856 b는 이미 연료가 고갈된 별의 남은 핵인 백색왜성과 극도로 가까운 궤도로 인해 천문학자들의 흥미를 끌었습니다. 지구와 태양 사이의 거리보다 항성과 50배 더 ​​작은 거리에 위치한 이 가스 거인은 그러한 극단적인 시나리오에서 행성의 생존에 대한 기대를 뛰어넘는 특성을 보여주었습니다. 7월 1일자 네이처(Nature) 저널에 자세히 설명된 최근 측정 결과는 대기와 예상치 못한 높은 온도를 밝혀내 미스터리를 더했습니다.

노스웨스턴 대학의 천체 물리학자이자 이번 연구의 공동 저자인 크리스토퍼 오코너(Christopher O’Connor)는 이것이 지금까지 알려진 가장 독특한 행성계 중 하나라고 말했습니다. 대기의 존재는 전통적인 행성 모델에 도전하는 특이한 형성 및 이동 시나리오를 암시합니다.

WD 1856 b의 놀라운 궤도와 탐지에 대한 세부 사항

지구에서 약 80광년 떨어진 곳에 위치한 WD 1856 b는 34시간마다 백색 왜성 주위를 도는 궤도를 완성하며, 거리는 300만 킬로미터도 채 안 됩니다. 가장 인상적인 사실은 이 행성이 우주의 특이한 계층적 반전으로 지구 크기와 비슷한 백색 왜성보다 7배 더 크다는 점이다.

기술 발전에도 불구하고 제임스 웹 우주 망원경으로 WD 1856 b를 관찰하는 것은 복잡한 작업이었습니다. 백색왜성은 흔히 연구되는 별들보다 본질적으로 더 희미하며, 행성은 별 앞을 통과하는 짧은 8분 동안에만 눈에 띄게 됩니다. 코넬 대학의 천문학자이자 이번 연구의 공동 저자인 빅토리아 뵘(Victoria Boehm)에 따르면, 어떤 실수라도 있으면 관측 결과가 손실될 수 있습니다.

어려움에도 불구하고 망원경은 성공했습니다. 통과 분석을 통해 팀은 WD 1856 b가 목성 질량의 4~11배이고 대기에 에어로졸과 메탄을 포함한 유기 화합물이 포함되어 있다고 추정할 수 있었습니다. 행성에서 감지된 온도는 특히 충격적이었습니다. 섭씨 약 127도(화씨 260도)로 백색 왜성의 희미한 빛이 정당화할 수 있는 것보다 약 섭씨 136도(화씨 240도) 더 높았습니다.

행성의 과도한 열기는 행성의 독특한 궤도를 푸는 데 결정적인 단서가 되었습니다. 과학자들은 WD 1856 b의 가까운 궤도에 대한 두 가지 주요 가설을 고려했습니다. 적색 거성 단계에서 별에 의해 삼켜졌거나 다른 물체와의 중력 충돌로 인해 위험 기간이 한참 지난 후에 그 위치로 밀려났습니다. O’Connor는 이 현상을 “창의력을 가지라는 우주의 초대”라고 설명했습니다.

시간 경과에 따른 대형 행성의 냉각에 대한 기존 모델과 새로운 측정값을 통합함으로써 팀은 WD 1856 b의 열 이력을 추적할 수 있었습니다. 데이터에 따르면 지구는 모항성이 죽은 지 상당한 기간인 약 10억년 전에 따뜻해졌습니다. 이 발견은 중력 이동 이론을 확증하며, 별이 삼키면 희석될 행성 대기의 메탄 농도가 높다는 사실을 뒷받침합니다.

새로운 증거에도 불구하고 일부 천문학자들은 여전히 ​​회의적입니다. 이번 연구에는 참여하지 않았지만 더 시원한 행성을 제안하는 이전 연구를 공동 집필한 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 캐롤라인 몰리(Caroline Morley)는 ‘재온난화’라는 개념에 의문을 제기했습니다. 그러나 그녀는 대기 구성에 관한 데이터가 타당하다고 생각합니다. WD 1856 b의 발견자 중 한 명인 캔자스 대학교의 Ian Crossfield는 이주 발견을 “도발적”이라고 말하면서 추가 조사의 필요성을 강조했습니다.

현재 팀은 James Webb을 사용한 4번의 통과 이후 WD 1856 b의 대기에 대한 자세한 연구를 계속하고 있습니다. 이 행성계는 우리 태양계의 먼 미래를 엿볼 수 있는 기회를 제공합니다. 약 50억 년 후에 태양은 적색거성으로 팽창하여 수성, 금성, 잠재적으로 지구를 소모한 후 백색 왜성으로 변할 것입니다. 그러나 이러한 새로운 발견은 목성과 같이 더 먼 가스 거인이 지속될 수 있음을 시사합니다.

이번 연구의 주 저자이자 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학의 천체물리학자인 라이언 맥도날드(Ryan MacDonald)는 사이언티픽 아메리칸(Scientific American)과의 인터뷰에서 “목성은 아직 수명이 길다”고 말했습니다. 그는 자신의 성명에서 “스타의 죽음은 끝이 아니다”라고 결론을 내렸습니다.

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