솜사탕 같은 솜털 같은 구성을 가진 큰 것은 무엇일까요? 그것은 행성입니다.국제 천문학자 연합이 목성보다 약 50% 더 크고 어떻게 된 일인지 지금까지 발견된 행성 중 두 번째로 가벼운 WASP-193b라는 특이한 거대행성을 새롭게 발견했습니다.
부드러운 거대행성의 발견
하지만 지구에서 약 1,200광년 떨어진 태양계 너머에 위치한 WASP-193b는 단순한 과학적 기이함이 아닙니다. 이 외계 행성은 또한 비정형 행성 형성을 조사하는 미래 연구에도 핵심이 될 수 있다고 Nature Astronomy 저널에 화요일에 발표된 연구에 따르면 설명했습니다.
이 솜사탕 행성은 유일하지 않습니다. 과학자들이 농담조로 “부풀어 오른 목성”이라고 부르는 부류에 속하는 다른 유사한 행성들이 있습니다. 지금까지 발견된 가장 가벼운 행성은 목성과 거의 비슷한 크기이지만 가스 행성보다 100배 가벼운 초부풀어 오른 케플러 51d입니다.
부풀어 오른 목성은 15년 동안 대체로 미스터리였습니다. 연구 책임자인 칼리드 바르카우이는 말했습니다. 하지만 WASP-193b는 크기 때문에 제임스 웹 우주 망원경과 다른 천문대가 추가 분석하기에 이상적인 후보입니다.
매사추세츠 공과대학 지구, 대기 및 행성 과학의 박사후 연구원인 바르카위는 보도자료에서 “이 행성은 너무 가벼워서 유사한 고체 물질을 생각하기 어렵다”고 말했다. “솜사탕에 가까운 이유는 둘 다 고체가 아닌 가벼운 가스로 대부분 구성되어 있기 때문이다. 이 행성은 기본적으로 매우 푹신푹신하다.”
낮은 밀도의 거대행성의 도전
연구자들이 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있다고 생각하는 WASP-193b는 연구자들이 조각조각 맞춰야 할 거대한 퍼즐이었습니다. 이 외계 행성의 밀도는 크기에 비해 너무 가벼워서 질량을 계산하는 것이 어려운 과제가 되었습니다. 수소와 헬륨은 밀도가 낮고, 이들은 가벼운 기체로 존재하기 때문에 이러한 행성들은 예상보다 더 적은 질량으로 큰 크기를 가질 수 있습니다. 이러한 행성들의 대기와 내부는 극단적으로 차가운 온도를 가지며, 대기의 상층부는 대체로 매우 희박하고 가볍습니다.
일반적으로 과학자들은 반경 속도라는 기술을 사용하여 질량을 결정합니다. 이 기술은 연구자들이 거대행성이 궤도를 돌 때 별의 스펙트럼(파장에서 빛 방출의 강도를 나타내는 그래프)이 어떻게 변하는지 분석합니다. 행성이 클수록 별의 스펙트럼이 더 많이 변할 수 있지만, WASP-193b에는 효과가 없었습니다. 너무 가벼워서 팀이 감지할 수 있는 별에 아무런 영향을 미치지 못했습니다.
Barkaoui는 질량 신호가 너무 작아서 팀이 데이터를 수집하고 WASP-193b의 질량을 계산하는 데 4년이 걸렸다고 설명했습니다. 그들이 발견한 극히 낮은 숫자는 매우 드물었기 때문에 연구자들은 확실히 하기 위해 데이터 분석을 여러 번 시도했습니다.
“우리는 처음에 매우 낮은 밀도를 얻었고, 처음에는 믿기 어려웠습니다.” 스페인 안달루시아 천체물리학 연구소의 수석 연구원인 공동 수석 저자 프란시스코 포주엘로스가 보도자료에서 말했습니다.
결국 팀은 이 행성의 질량이 목성의 14%에 불과하다는 것을 발견했는데, 목성은 훨씬 더 큰 거대행성입니다. 낮은 밀도의 거대행성은 주로 수소와 헬륨 같은 가벼운 원소로 이루어져 있으며, 이들은 고체 표면을 가지지 않고, 대기와 액체 상태의 물질로 구성된 거대한 가스층을 가지고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 이들은 크고 무겁지만 밀도는 상대적으로 낮고, 그에 따라 매우 큰 질량을 가진 행성들이더라도 예상보다 가볍습니다.
거대행성의 종류
거대행성은 그 크기와 질량이 매우 크고, 고체 표면이 없는 특징이 있습니다. 태양계에서 크게 가스와 얼음 거대행성으로 나뉩니다. 각각에 대해 좀 더 자세히 설명드리겠습니다.
가스 거대행성은 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 고체 표면이 없습니다. 얼음 거대행성은 가스행성보다 내부에서 얼음, 암모니아, 메탄 등의 물질이 더 많은 비중을 차지합니다. 이들은 가스행성과는 다른 조성을 가지고 있지만 여전히 고체 표면은 없습니다.
하지만 더 큰 크기는 더 큰 “확장된 대기”를 의미한다고 MIT 행성 과학 조교수이자 연구 공동 저자인 줄리앙 드 위트는 말했다. 즉, WASP-193b는 이 부풀어 오른 거대행성의 형성에 대한 특히 유용한 창문을 제공한다는 의미이다. 거대행성들은 대개 태양계의 바깥쪽, 즉 외곽에 위치하고 있으며, 그들의 크기와 질량 덕분에 태양계 내에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 목성은 그 강력한 중력으로 많은 소행성이나 혜성들이 태양계 내에서 궤도를 변경할 수 있게 도와주기도 합니다.
“행성의 대기가 클수록 더 많은 빛이 통과할 수 있습니다.” 드 위트가 CNN에 말했다. “따라서 이 행성이 대기 효과를 연구하는 데 가장 적합한 대상 중 하나라는 것은 분명합니다. 부풀어 오른 목성의 미스터리를 해결하기 위한 로제타 스톤이 될 것입니다.”
하지만 바르카우이는 WASP-193b가 어떻게 형성되었는지도 불분명하다고 말했다. 가스 행성의 “고전적 진화 모델”은 이 현상을 완전히 설명하지 못한다.
그는 “WASP-193b는 지금까지 발견된 모든 행성의 이상치입니다.”라고 말했다. 거대행성들은 매우 큰 크기와 독특한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있습니다. 이들은 태양계에서 중요한 역할을 하며, 각 행성의 특성에 따라 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 특히 이들 행성은 고유한 대기, 대기 순환, 위성 시스템 등을 통해 우리에게 우주의 이해를 넓힐 수 있는 중요한 단서를 제공하고 있습니다.