새로운 연구에 따르면 지구에서 약 41광년 떨어진 초지구 외행성 55 게자리 55 e(55 Cnc e라고도 함)는 녹아 있는 내부와 밀접하게 결합된 수소가 풍부한 대기를 가지고 있을 수 있습니다. 이 결과는 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 최신 관측 데이터에서 나온 것입니다. 관련 논문은 2026년 6월 '자연천문학'에 제출돼 과학계가 신흥 외계 행성인 '용암행성'의 형성과 진화를 이해하는 데 중요한 단서를 제공했다.

게자리 55e(55 Cancri e)는 반지름이 지구의 약 1.88배, 질량이 지구의 약 8배인 슈퍼지구 행성으로, 태양과 같은 별을 공전하고 있다. 이 행성은 모항성에 조석 고정되어 약 0.7일 만에 한 번의 공전을 완료하며, 그 궤도는 극도로 촘촘하여 태양 주위를 공전하는 수성의 88일 궤도 주기에 훨씬 더 가깝습니다. 과학자들은 일반적으로 그러한 궤도 거리가 행성 표면이 고온에 의해 "구워져" 햇빛이 비치는쪽에 큰 용암 바다를 형성하기에 충분하다고 믿습니다.

연구팀은 JWST를 이용해 게자리 55e의 5번의 '2차 일식'을 관측했는데, 이는 행성이 항성 앞에서부터 별 뒤로 이동하다가 관측 시선에서 일시적으로 사라지는 과정이다. 연구진은 행성 전후의 밝기와 스펙트럼 변화를 분석해 기존 외계 행성 형성 및 진화 모델과 데이터를 비교했다. 이러한 모델은 용융된 행성의 대기에 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)의 비율이 더 높아야 한다고 예측합니다.

최근 관측에 따르면 게자리 55 e의 대기 구성은 다량의 일산화탄소로 구성되어 있으며, 그 외에 적은 양의 이산화탄소와 상당히 풍부한 수소가 보충되어 있을 가능성이 높습니다. 연구진은 또한 다섯 번의 일식 현상 사이의 차이가 화산 가스 배출 과정이나 가스 배출로 인해 형성된 구름과 관련이 있을 수 있다는 사실도 발견했습니다. 이 구름은 짧은 시간 동안 표면을 식힐 수 있으며 나중에 새로운 가스 방출에 의해 분산되어 역동적으로 변화하는 대기 구조를 나타냅니다.

논문은 다음과 같이 지적합니다. "암석 행성의 2차 대기는 내부 구성과 그에 따른 가스 방출 과정에 의해 결정됩니다. 따라서 대기 구성은 내부의 산화환원 상태와 직접적인 관련이 있습니다." 55 게자리 e의 대기는 수소 풍부 모델 쪽으로 편향되어 있으며 명백한 온도 역전 구조를 보여줍니다. 이는 내부 산소 퍼지도가 상대적으로 낮다는 것을 의미하며, 이는 "환원된 녹은 마그마 바다"에서 가스가 방출되어 형성된 대기 시나리오와 더 일치합니다. 간단히 말해서, 수소는 행성 내부의 화학적 환경에서 산소보다 더 지배적이며, 따라서 수소가 풍부한 대기의 특성을 형성합니다.

소위 "용암 행성"은 표면에 녹은 마그마가 많이 존재하는 외계 행성을 말합니다. 이러한 유형의 천체는 지난 10년 동안 점차적으로 연구의 중심지가 되었습니다. 55 게자리 e는 2004년에 확인되었습니다. 그 이후로 K2-141 b, L 98-59 d, TOI-561 b, HD 63433 d 및 CoRoT-7 b를 포함하여 유사한 행성이 발견되었습니다. 이들의 공전주기는 각각 약 6.7시간, 7.5일, 10.5시간, 4.2일, 20.4시간이다. 게자리 55e와 마찬가지로 이 용암 행성들은 모별에 조석 고정되어 있으며 서로 매우 가깝게 공전하므로 표면 온도가 매우 높습니다. 그 중 L 98-59 d는 목성의 위성 이오처럼 표면 전체가 녹은 바다로 덮여 있을 가능성이 높으며, 게자리 55 e는 별을 바라보는 쪽이 주로 녹아 있다.

태양계 내에서 이오의 강렬한 화산 활동은 주로 목성의 강한 중력이 달을 늘리고 압축하여 조수 가열을 초래함으로써 발생합니다. 대조적으로, 게자리 55 e를 포함하여 현재 알려진 용암 외행성의 화산 및 용암 활동은 조석 효과 자체보다는 주로 항성 방사선으로 인한 고온에 의해 발생합니다. 이 행성들은 조석 고정되어 있기 때문에 별의 한쪽 면은 항상 고강도 복사를 직면하고 계속 녹는 "뜨거운 반구"가 되는 반면, 반대쪽은 상대적으로 차가워 낮과 밤 사이에 극심한 온도차가 발생할 수 있습니다.

연구팀은 게자리 55 e와 같은 용암 행성에 대한 심층적인 관찰이 극한 환경에서 행성 내부와 대기 사이의 화학적 결합 과정을 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 다른 암석 외계 행성에도 대기가 있는지, 대기가 어떻게 진화하는지에 대한 향후 탐사에 중요한 참고 자료가 될 것이라고 믿습니다. JWST와 그에 따른 더욱 발전된 천문 관측 장비가 계속해서 사용됨에 따라 과학자들은 앞으로 몇 년, 수십 년 안에 용암 행성 그룹의 다양성과 그 형성 이력을 더욱 밝혀낼 것으로 예상됩니다. 기사 끝부분에서 언급했듯이, 이것이 바로 과학적 탐구의 내용입니다. 계속해서 관찰하고, 계속 질문하고, 극한 세계의 행성과 생명체에 대해 계속 더 많은 답을 찾는 것입니다.