[사이테크+] 제임스웹, 110광년 밖 원시행성원반서 준목성급 외계행성 포착

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 111광년 떨어져 있는 태양 절반 크기의 어린별(TWA 7) 주위 원시행성원반(protoplanetary disk) 속에서 준목성급(sub-Jupiter) 가스형 외계행성을 직접 발견했다.

제임스 웹 우주망원경이 발견한 첫 외계행성 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 발견한 첫 외계행성 'TWA 7B'(CC #1)와 주변. 사진은 유럽남방천문대(ESO) 초거대망원경(VLT)과 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 촬영한 111광년 밖의 어린별 'TWA 7'과 주변 원시행성원반을 합친 것. 원시행성원반에는 먼지·가스 등으로 이뤄진 고리 3개(R 1·2·3)가 있고, 이중 R2 고리에 목성 질량 30% 크기의 외계행성 'TWA 7B'(CC #1)가 있다. [A.-M. Lagrange and al. 제공. 재판매 및 DB 금지]

프랑스 국립과학연구원(CNRS) 파리천문대 안-마리 라그랑주 박사팀은 26일 과학 저널 네이처(Nature)에서 JWST에 탑재된 중적외선 관측장치(MIRI)와 코로나그래프를 이용해 TWA 7 주위 원시행성원반 속에서 목성 질량 0.3배 크기의 외계행성(TWA 7B)을 포착했다고 밝혔다.

연구팀은 TWA 7B는 JWST가 발견한 첫 외계행성으로 지금까지 직접 영상으로 관측된 외계행성 중 질량이 가장 작다며 이 발견이 원시행성원반에서 초기 행성이 형성될 때 역학적 과정에 대한 단서를 제공할 것이라고 말했다.

행성은 새로 형성된 별 주위에서 발견되는 먼지와 가스로 이루어진 원시행성원반에서 물질들이 뭉쳐 형성되는 것으로 알려져 있으며, 원시행성원반은 목성 고리처럼 물질이 흩어져 있는 고리와 그 사이에 틈(gap) 구조로 돼 있다.

연구팀은 이런 고리와 틈 구조는 주변 물질을 밀어내거나 정렬시키는 중력을 가졌지만 보이지 않는 소위 '양치기 행성'(shepherd planet)의 존재를 암시하는 것으로 여겨지지만 이런 행성을 직접 관측하기는 어려웠다고 지적했다.

이들은 이 연구에서 TWA 7 주위에 있는 세 개의 고리를 가진 원시행성원반에서 행성을 찾기 위해 현재 가장 뛰어난 관측 성능을 지닌 JWST를 사용했다.

TWA 7은 지구에서 111광년 떨어진 아주 젊은 별 집단인 'TW 히드라 성협'에 있는 별로, 질량은 태양의 46% 수준이며 나이는 약 640만년으로 추정된다.

TWA 7 별과 주변 원시행성원반 사진(a)과 원반 시뮬레이션 모습 원반 시뮬레이션(b)에는 목성 질량의 34% 수준인 원시 외계행성 'TWA 7B'(빨간 점)가 나이가 640만년밖에 안 된 별 'TWA 7'을 52천문단위(AU : 1AU=지구-태양 평균 거리=1억5천만㎞) 떨어진 궤도에서 공전하고, 주변 물질이 이 행성의 영향을 받는 모습이 나타나 있다. [Nature / Anne-Marie Lagrange et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 JWST에 탑재된 중적외선 관측장비(MIRI)에 별의 빛을 가려 주변 천체들을 볼 수 있게 해주는 코로나그래프를 장착해 관측하는 방법으로 원시행성원반 고리 속에 있는 TWA 7B를 발견했다.

원시행성원반 속에 새로 형성된 행성들은 아직 뜨거워서 오래된 행성들보다 더 밝게 보이고, 질량이 작은 행성은 원칙적으로 중적외선 영역에서 더 쉽게 탐지되기 때문에 JWST는 이 영역에서 독보적인 관측 성능을 보인다고 연구팀은 설명했다.

TWA 7B는 목성보다는 작고 해왕성보다는 큰 준목성급 행성으로 질량은 목성의 0.3배로 추정되며, TWA 7을 52천문단위(AU : 1AU=지구-태양 평균 거리=1억5천만㎞) 떨어진 궤도에서 공전하는 것으로 나타났다.

TWA 7B의 질량과 궤도 특성은 이 행성이 원시행성원반의 첫 번째 고리와 두 번째 고리 사이에서 형성될 경우 때 갖게 되는 특성과 일치하는 것으로 나타났다.

연구팀은 TWA 7B는 질량이 목성의 30% 수준으로 지금까지 영상으로 포착된 외계행성 중 가장 작다며 이는 더 작은 외계행성을 영상화하는 연구의 새로운 진전이며 지구에 더 가까운 외계행성을 찾는 데 한 걸음 더 다가갔음을 의미한다고 말했다.

◆ 출처 : Nature, Anne-Marie Lagrange et al., 'Evidence for a sub-Jovian planet in the young TWA 7 disk', https://www.nature.com/articles/s41586-025-09150-4

scitech@yna.co.kr

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