허블우주망원경, 일부 외계행성의 ‘극고온’ 이유 알아냈다

[서울신문 나우뉴스]

허블 우주망원경이 25개의 목성형 외계행성을 관찰한 결과, 행성들이 극도로 뜨거운 이유는 그 대기에 비밀이 숨어 있음을 밝혀냈다.사진=ESA/Hubble, N. Bartmann

미 항공우주국(NASA)의 허블우주망원경이 수백 시간 동안 관찰한 결과를 분석한 결과, 일부 외계행성을 엄청나게 뜨겁게 만드는 원인이 밝혀졌다.

새로운 연구에서 국제공동연구팀은 목성형 외계행성인 이른바 ‘뜨거운 목성'(hot Jupiters)의 대기를 분석했다. 목성 크기의 이 행성들은 대체로 모항성과 극도로 가까운 궤도를 공전하는데, 때로는 태양을 공전하는 수성 궤도보다 훨씬 더 가까워 극도로 뜨겁다.

새로운 연구는 이들 외계행성의 대기가 몇 가지 비정상적인 열적 거동을 보인다는 것을 발견했는데, 이는 행성의 화학적 조성과 관련된 것일 수 있음을 시사한다. 600시간 이상에 걸친 허블우주망원경의 관측과 현재 은퇴한 NASA 스피처 우주망원경의 400시간 관측 데이터를 사용한 이번 연구는 뜨거운 목성의 대기 중 일부에 수소, 산화티타늄, 산화바나듐 및 수산화철이 고농도로 포함되어 있음을 발견했다.

이러한 대기는 과학자들이 열 역전(thermal inversion)이라고 부르는 현상, 즉 고도에 따라 기온이 떨어지는 것과는 반대로 대기 온도가 상승하는 현상을 나타낸다. 정상적인 상황에서 대기의 온도는 지표 부근에서 가장 높으며 대기의 밀도가 낮아질수록 온도가 낮아진다.

허블 데이터에서 이 외계행성의 대기는 평균적으로 이러한 화합물이 없는 대기보다 더 높았으며, 온도는 1726℃에 달했다. 과학자들은 이 온도가 대기의 화학적 조성과 직접적인 연관성이 있을 것으로 보고 있다. 행성 대기의 수소, 산화티타늄, 산화바나듐, 수소화철은 빛을 흡수하는 성질이 있는데, 이 기체들이 가까운 별의 열을 잡아 가두는 역할을 하는 것으로 연구팀은 믿고 있다.

연구원들은 이러한 행성에서 일종의 되먹임고리(feedback loop)가 작동할 수 있다고 제안했다. 뜨거운 온도는 이러한 대기에서 빛을 흡수하는 화합물을 안정적으로 유지하고, 그 결과 대기가 더 많은 별빛을 흡수하며 특히 상층에서 더 따뜻해진다.

이 연구는 단일 사례가 아닌 전체 외계행성에 대해 전수조사를 한 최초의 연구 중 하나다. 연구의 주저자이자 영국 유니버시티 칼리지 런던의 천체물리학자 쿠엔틴 체인저트는 “10년 간의 집중적인 관찰 덕분에 외계행성의 화학과 조성에 관해 우리가 얻은 정보의 양은 어마어마하다”고 밝혔다. 이 분석은 미래에 다른 외계행성의 행동을 예측하고 행성 형성과 관련된 과정을 푸는 데 도움이 될 수 있을 것이라고 과학자들은 평가했다.

이번 연구결과는 ‘천체물리학 저널’(The Astrophysical Journal) 4월 25일자에 발표됐다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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