뜨거운 준해왕성 외계행성 'TOI-421 b' 개념도. / NASA, ESA, CSA, Dani Player(STScI)

미국 항공우주국 NASA의 제임스웹 우주망원경이 뜨거운 준해왕성(sub-Neptune) 외계행성 'TOI-421 b'를 관측하며 흔하지만 신비로운 준해왕성의 대기를 분석했다. 이번에 관측된 준해왕성은 우리 은하에서 가장 흔한 외계행성이지만, 대기를 둘러싼 두꺼운 안개 때문에 연구가 어려웠다. 제임스웹이 이를 뚫고 관측해 대기 구성을 밝혀 주목된다.

'준해왕성'이라는 용어는 명확한 정의가 되어 있지는 않지만, 일반적으로 해왕성과 비슷한 크기의 행성으로, 해왕성보다 반지름이 작지만 질량이 더 큰 행성을 의미하는 경우도 있고, 해왕성보다 반지름이 크지만 질량이 작은 행성을 의미하는 경우도 있다.

미국 메릴랜드 대학교의 엘리자 켐프턴 연구팀은 제임스웹을 통해 준해왕성의 대기를 분석했다. 이들은 TOI-421 b의 대기에서 수증기, 일산화탄소, 이산화황을 발견했고, 메탄과 이산화탄소는 감지되지 않았다. 특히 수소가 풍부한 대기는 예상치 못한 결과여서 행성의 형성과 진화 과정에 대한 기존 이론을 재검토할 필요가 있음을 보여주었다.

NASA에 따르면, 켐프턴은 “나는 제임스웹이 나오기를 평생 기다려왔다"며 “더 작은 행성들의 대기를 연구함으로써 준해왕성이 어떻게 형성되고 진화했는지 더 잘 이해하게 됐다”고 말했다.

이 준해왕성은 지구보다 크지만 가스 거대 행성보다 작고, 뜨거운 목성보다 차갑다. 이전에는 케플러 망원경으로 발견되었으나, 안개 때문에 대기 분석이 어려웠다. 따라서 웹 이전의 관측에서는 평평한 스펙트럼만 보여 화학적 특성을 파악할 수 없었다.

TOI-421 b는 화씨 1340도(섭씨 약 726.67도)로, 안개가 없을 것으로 예상되었다. 화씨 1070도 이하에서는 메탄과 햇빛의 반응으로 안개가 생기지만, 더 뜨거운 이 행성은 맑은 대기를 보여 스펙트럼 특징을 드러냈다. 이는 대기 구성 연구에 새로운 가능성을 열었다는 평가다.

수소 중심의 대기는 모항성과 유사하며, 이는 태양계의 거대 행성과 비슷하다. 이는 TOI-421 b가 다른 준해왕성과 다르게 형성되었음을 시사한다. 이 행성은 태양과 유사한 별을 공전하며, 적색 왜성을 공전하는 다른 준해왕성과 구별된다.

연구팀은 TOI-421 b가 뜨거운 준해왕성의 전형인지, 외계행성의 다양성 때문인지 알아보려 더 많은 관측을 계획하고 있다. 이는 준해왕성의 형성과 진화를 이해하는 데 중요하다. 연구 결과는 '천체물리학 저널 레터스(Astrophysical Journal Letters)'에 실렸다.

제임스웹 우주망원경은 NASA 주도로 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)과 협력하는 세계 최고의 관측소이다. 태양계와 먼 세계, 우주의 기원을 탐구하며, 준해왕성 연구를 통해 외계행성의 신비를 풀고 있어 기대를 모은다.