NASA의 제임스 웹 우주망원경이 지구 질량의 8.6배에 달하는 외계 행성인 K2-18b를 대상으로 새로운 조사를 통해 메탄과 이산화탄소를 포함한 탄소 함유 분자의 존재를 발견했습니다. Webb의 발견은 K2-18b가 잠재적으로 수소가 풍부한 대기와 바다로 덮인 표면을 보유하고 있는 "해양" 외계 행성일 수 있음을 시사하는 최근 연구에 추가됩니다.
NASA의 허블 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 처음으로 거주 가능 구역 외계 행성의 대기 특성이 밝혀졌으며, 추가 연구를 통해 이 시스템에 대한 우리의 이해가 바뀌었습니다.
K2-18b는 사자자리 방향으로 지구에서 120광년 떨어진 거주 가능 구역에서 차가운 왜성 K2-18 주위를 공전합니다. K2-18b와 같은 외계 행성은 크기가 지구와 해왕성 사이에 있으며 태양계의 어떤 행성과도 다릅니다. 근처에 유사한 행성이 없기 때문에 이러한 "해왕성 하위"에 대해 알려진 바가 거의 없으며 천문학자들은 대기의 특성에 대해 논쟁을 벌입니다.
해왕성 K2-18b가 물-바다 외계 행성일 수 있다는 생각은 호기심이 많습니다. 왜냐하면 일부 천문학자들은 이러한 세계가 외계 생명체의 증거를 찾는 데 이상적인 환경이라고 믿기 때문입니다.
케임브리지 대학의 천문학자이자 이번 결과를 발표한 논문의 주요 저자인 니쿠 마두수단(Niku Madhusudan)은 다음과 같이 설명합니다. "우리의 발견은 다른 곳에서 생명체를 찾을 때 다양한 거주 가능 환경을 고려하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다. 전통적으로 외계 행성에서 생명체를 찾는 것은 더 작고 바위가 많은 행성에 초점을 맞추었지만 더 큰 해왕성 세계는 분명히 대기 관측에 더 도움이 됩니다."
메탄과 이산화탄소는 풍부하지만 암모니아는 부족하여 K2-18b의 수소가 풍부한 대기 아래에 바다가 존재할 수 있다는 가설을 뒷받침합니다. 지구상에서는 오직 생명체만이 이 물질을 생성합니다. 지구 대기에 있는 대부분의 DMS는 해양 환경의 식물성 플랑크톤에 의해 방출됩니다.
DMS의 추론은 신뢰성이 낮으며 추가 검증이 필요합니다. Madhusudhan은 "다가오는 Webb 관측을 통해 K2-18b의 대기에 상당한 양의 DMS가 실제로 존재하는지 확인할 수 있을 것"이라고 설명합니다.
K2-18b는 거주 가능 구역에 있고 현재 탄소 함유 분자를 보유하고 있는 것으로 알려져 있지만 이것이 반드시 행성이 생명체를 지원할 수 있다는 의미는 아닙니다. 반지름이 지구보다 2.6배나 큰 행성의 크기는 행성 내부가 해왕성과 같은 커다란 고압 얼음 맨틀을 포함할 가능성이 높지만 수소가 풍부한 대기와 바다 표면은 더 얇다는 것을 의미합니다. 씨월드에는 물의 바다가 있을 것으로 예측된다. 그러나 바다가 너무 뜨거워서 거주할 수 없거나 액체일 수도 있습니다.
카디프 대학의 Subhajit Sarkar는 다음과 같이 설명합니다. "태양계에는 그러한 행성이 없지만 해왕성은 은하계에서 가장 흔한 행성 유형입니다. 우리는 해왕성 거주 가능 구역에 대한 가장 상세한 스펙트럼을 얻었으며 이를 통해 대기에 존재하는 분자를 계산할 수 있습니다."
K2-18b와 같은 외계 행성의 대기를 특성화하는 것, 즉 기체 및 물리적 조건을 결정하는 것은 천문학에서 매우 활동적인 영역입니다. 그러나 이 행성들은 훨씬 더 큰 모별의 눈부신 빛에 가려져 외계 행성의 대기를 탐험하는 것이 특히 어렵습니다.
팀은 K2-18b의 모별이 외계 행성의 대기를 통과할 때 방출되는 빛을 분석하여 이 문제를 해결했습니다. K2-18b는 이동하는 외계행성입니다. 즉, K2-18b가 모항성의 표면을 통과할 때 밝기가 낮아지는 것을 감지할 수 있습니다. 이것이 NASA의 K2 임무가 2015년에 이 외계 행성을 처음 발견한 방법입니다. 이는 이동 중에 별빛의 작은 부분이 외계 행성의 대기를 통과하여 웹 망원경과 같은 망원경에 도달한다는 것을 의미합니다. 별빛은 외계 행성의 대기를 통과하면서 흔적을 남기며, 천문학자들은 이러한 흔적을 모아서 외계 행성 대기의 가스를 결정할 수 있습니다.
제임스 웨버의 능력과 향후 연구
"이러한 결과는 Webb 망원경의 확장된 파장 범위와 전례 없는 감도 덕분에 가능했습니다. 이를 통해 단 두 번의 통과로 스펙트럼 특징을 강력하게 감지할 수 있었습니다."라고 Madhusudan은 말했습니다. "비교해 Webb를 사용한 한 번의 통과 관측은 상대적으로 좁은 범위의 파장에 대해 Hubble을 사용한 8개의 관측(수년에 걸쳐)만큼 정확했습니다.
캠브리지 대학의 사바스 콘스탄티누(Savvas Constantinou)는 다음과 같이 설명합니다. "이러한 결과는 K2-18b에 대한 단 두 번의 관찰 결과이며 앞으로 더 많은 연구가 진행될 예정입니다. 이는 우리의 연구가 Webb이 관찰할 수 있는 거주 가능 구역 외계 행성에 대한 초기 시연에 불과하다는 것을 의미합니다."
팀의 발견은 The Asphysical Journal Letters에 게재되도록 승인되었습니다.
이제 팀은 망원경의 중적외선 분광계(MIRI)를 사용하여 후속 연구를 수행할 계획이며, 이를 통해 발견 내용을 더욱 검증하고 K2-18b의 환경 조건에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있기를 바랍니다.
마두수단은 "우리의 궁극적인 목표는 거주 가능한 외계행성에서 생명체를 발견하는 것"이라며 "이를 통해 우주에서 우리의 위치에 대한 우리의 이해가 바뀔 것"이라고 결론지었다. "이 탐사 중 우리가 발견한 것은 수성 세계에 대한 더 깊은 이해를 향한 유망한 단계입니다."
NASA의 제임스 웹 우주 망원경은 세계에서 가장 중요한 우주 과학 관측소입니다. 그것은 태양계의 신비를 밝히고, 다른 별 주위의 먼 세계를 바라보며, 우주의 신비한 구조와 기원, 그리고 그 안에서 우리의 위치를 탐구하는 것입니다. Webb 망원경은 NASA가 유럽 우주국(ESA) 및 캐나다 우주국을 포함한 파트너와 함께 주도하는 국제 프로그램입니다.