[아하! 우주] 모항성과 너무 가까워서…대기를 모두 잃어버린 외계 행성 발견

풍성했던 머리카락도 세월이 흐르면서 조금씩 줄어드는 것처럼 사실 행성도 별의 강력한 에너지와 항성풍에 의해 조금씩 대기를 잃는다. 특히 이 문제는 질량이 작고 별에 가까운 행성일수록 더 크게 겪는다. 지구의 경우 강한 중력으로 충분한 공기를 잡아 둘 수 있지만, 화성의 경우 지구의 1/3에 불과한 중력 때문에 상당량의 대기와 물을 잃어버린 것으로 추정된다. 그런데 태양계 밖 다른 행성은 어떨까?

미국 캘리포니아 대학 천체물리학자인 미셸 힐과 동료들은 GJ 1252b라는 외계행성이 모항성의 강력한 에너지로 인해 모든 대기를 잃어버렸다는 사실을 확인했다. GJ 1252b는 지구보다 약간 큰 외계행성이지만, 태양보다 매우 어두운 적색왜성 주변을 가까이 공전한다는 점에서 차이가 있다. 모항성이 매우 어둡긴 하지만, GJ 1252b는 하루 두 번 별 주변을 공전할 정도로 가까이 있기 때문에 그 표면 온도는 섭씨 1200도가 넘는다.

과학자들은 이렇게 별에 가까운 위치에서 엄청난 에너지를 받으면 대기가 모두 사라질 것이라고 추정했으나 구체적인 증거를 확보하기는 어려웠다. 연구팀은 이 행성이 별 뒤로 숨는 순간을 포착해 결정적인 증거를 확보했다. 행성에서 나오는 약한 적외선을 제거하고 별에서 나오는 적외선만 분석한 결과 GJ 1252b가 대기를 지녔을 경우 확인될 신호가 전혀 포착되지 않았다. 크기를 생각할 때 본래 이 행성에는 대기가 존재했지만, 뜨거운 표면 온도와 별에서 뿜어져 나오는 강력한 에너지에 의해 대부분 날아가 사라진 것으로 추정된다.　

이 행성의 뜨거운 표면 온도를 생각하면 대기가 없다는 사실은 당연해 보인다. 하지만 이론적으로 예측하는 것과 실제 관측을 통해 확인한 것은 과학적으로 상당히 다른 이야기다. 과학자들은 이번 관측을 통해 이 정도 온도와 거리에서는 행성 표면에 대기가 존재할 수 없다는 사실을 확인했다.

하지만 질문은 여기서 끝나지 않는다. 그렇다면 지구형 행성은 별과 얼마나 떨어져야 안정적으로 대기를 유지할 수 있을까? 태양보다 어둡지만 우주에 가장 흔한 작은 별인 적색왜성은 매우 가까운 거리에 많은 외계행성을 거느리고 있다. 과학자들은 표면 온도가 지구와 비슷한 외계행성에는 대기가 존재할 것으로 보고 있다.

하지만 적색왜성과 가까운 거리에서는 강력한 폭풍인 플레어와 항성풍, 그리고 방사선이 존재하기 때문에 온도를 빼고 생각해도 대기를 붙잡아 두기 쉽지 않을 수 있다. 이 질문에 대한 답을 얻기 위해서는 더 많은 외계행성을 관측해 어느 선까지 대기가 견딜 수 있는지 검증해야 한다. 쉬운 일이 아니지만, 과학자들은 계속해서 답을 찾아낼 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com