천문학자들의 최근 관찰에 따르면 WASP-189b라는 거대한 외계행성의 대기 내 원소 구성은 모항성과 매우 일치하며, 이는 행성이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 핵심 가설에 대한 최초의 직접적인 증거를 제공합니다. 이 성과는 우주생물학 분야에서 중요한 이정표로 간주됩니다.
연구팀은 처음으로 외계행성 대기에서 마그네슘과 실리콘 기체를 동시에 검출해 이를 이용해 행성과 모항성의 화학적 존재비를 비교했다. 이번 관측은 미국 국립과학재단(NSF)이 일부 자금을 지원하고 NOIRLab을 통해 운영되는 국제 제미니 천문대(International Gemini Observatory)의 일부인 칠레의 제미니 사우스 망원경(Gemini South Telescope)에 의해 이루어졌습니다.
목표 행성 WASP-189b는 지구에서 거의 320광년 떨어져 있으며 천칭자리에 위치해 있습니다. 그것은 "초고온 목성"으로 알려진 일종의 외계 행성입니다. 이러한 행성은 별에 매우 가깝게 공전하며, 표면 온도는 마그네슘(Mg), 규소(Si), 철(Fe)과 같은 암석을 형성하는 원소를 증발시킬 만큼 높습니다. 따라서 고해상도 분광학 기술을 사용하여 대기의 화학적 조성을 분석하는 데 이상적인 조건을 제공합니다.
이 연구는 애리조나 주립대학교 대학원생인 호르헤 안토니오 산체스(Jorge Antonio Sanchez)가 주도했습니다. 연구팀은 WASP-189b의 대기를 정밀하게 측정하기 위해 Gemini South 망원경에 설치된 고해상도 적외선 이미징 격자 분광계 IGRINS를 사용했습니다. 기기 데이터에 따르면 행성 대기의 마그네슘과 규소 비율은 모항성의 비율과 매우 일치합니다.
이 결과는 행성 형성 이론에서 오랫동안 존재해 온 주요 추론에 대한 최초의 직접적인 관측 지원을 제공합니다. 행성은 어린 별 주위의 원시 행성 원반에서 태어납니다. 원시행성 원반의 가스와 먼지는 별과 마찬가지로 붕괴된 성간 구름에서 유래하므로 두 물질은 전반적인 화학적 구성 측면에서 서로 "반사"해야 합니다. 이전에는 이러한 '별-행성 구성 대응'이 주로 내행성과 태양 간의 간접적인 추론에서 나왔고, 외행성계에서는 아직 직접적으로 확인되지 않았다.
Sanchez는 WASP-189b가 지구와 유사한 행성의 형성을 이해하는 데 중요한 관측 "기준"을 제공한다고 지적했습니다. 별과 행성 사이의 주요 암석 형성 요소의 비율을 정확하게 결정함으로써 연구자들은 별의 화학에 대한 정보를 더 자신있게 사용하여 잠재적인 지구와 유사한 행성을 포함하여 별 주위에 형성된 고체 물질의 전체 구성을 추론할 수 있습니다.
우주생물학적 관점에서 볼 때, 별과 행성 사이의 이러한 화학적 대응은 매우 중요합니다. 별의 풍부한 원소는 원시 행성 원반의 암석 물질과 휘발성 물질의 풍부함과 분포에 영향을 미치며, 이는 자기장을 유지하고 판 구조를 구동하며 생명체에 필요한 화학 물질을 화산과 지질 순환을 통해 대기, 해양 및 토양으로 지속적으로 방출하는 행성의 능력에 더욱 영향을 미칩니다. 과학자들은 별의 화학적 지문을 분석함으로써 행성계 내 암석형 행성의 잠재적 거주 가능성에 대한 첫 번째 추정치를 제공할 수 있기를 바랍니다.
논문의 공동저자이자 애리조나 주립대학교 부교수인 Michael Line은 이번 연구가 지구와 같은 암석 행성을 만들기 위한 구성 요소인 마그네슘과 실리콘과 같은 주요 암석 형성 원소를 제한하는 지상 기반 고해상도 분광계의 힘을 입증했다고 말했습니다. 그는 이러한 기술적 진보가 외계 행성 대기 연구에 완전히 새로운 차원을 열어준다고 믿습니다.
앞으로 과학팀은 더 넓은 범위의 파장에서 고해상도 관측을 함으로써 WASP-189b를 포함한 외계 행성 대기의 '구성요소 파노라마'를 더욱 그릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이를 통해 과학자들은 원시행성 원반에서 행성의 탄생, 이동, 진화의 전체 과정을 보다 체계적으로 이해하고, 물리적, 화학적 조건 측면에서 서로 다른 행성이 생명을 지탱할 수 있는 잠재력을 가지고 있는지 평가하는 데 도움이 될 것입니다.
관련 연구는 2026년 2월 학술지에 "외계 행성 대기의 항성 마그네슘 대 규소 비율"이라는 제목으로 게재되었으며, 이론 및 관측 수준에서 행성 형성 및 내부 구조 추론에 있어 항성 마그네슘 대 규소 비율의 중요성을 추가로 논의했습니다.