‘솜사탕’ 외계행성 알고보니 가운데는 단단한 암석 핵 [아하! 우주]

과학자들은 지구 내부 구조에 대해 많은 사실을 알아냈다. 물론 직접 뚫고 들어가서 확인할 순 없지만, 초음파로 환자의 몸을 밖에서도 훤히 들여다보듯 지진파를 이용해서 내부 구조를 파악할 수 있기 때문이다.

하지만 멀리 떨어진 외계 행성의 내부 구조는 정확히 파악하기 힘들다. 화성처럼 가까운 행성은 탐사선을 보내 지진파를 관측할 수 있지만, 수백 광년 (1광년은 9조 4600억㎞) 떨어진 외계 행성은 내부 구조는 커녕 표면도 제대로 관측하기 어렵기 때문이다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 활약 덕분에 과학자들은 멀리 떨어진 외계 행성의 내부 구조에 대한 단서를 얻었다.

지구에서 200광년 떨어진 WASP-107 b는 솜사탕 행성이라는 별명을 지니고 있다. 지름은 목성과 비슷한데, 질량은 목성의 1/10도 되지 않기 때문이다. WASP-107 b는 수성보다 모항성에 8배나 가까운 거리에서 5.7일을 주기로 공전하고 있다. 따라서 표면 온도는 섭씨 500도 이상이며 이에 따라 대기가 엄청나게 부풀어 올라 솜사탕처럼 부피만 크고 질량은 적은 행성이 됐다.

최근 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 이용해 WASP-107 b의 대기 구성 성분을 파악했다. 이 행성은 뜨거운 대기가 크게 부풀어 오른 덕분에 크기에 비해 대기가 얕은 다른 행성보다 관측이 쉬운 편이다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경이 없었다면 관측이 불가능할 만큼 먼 거리였다.

존스 홉킨스 대학 데이빗 싱 교수가 이끄는 연구팀에 따르면 WASP-107 b의 대기에는 메탄의 양은 적었지만, 이산화황, 물, 이산화탄소, 일산화탄소는 풍부했다. 그리고 모래 성분인 규산염까지 검출되었는데, 대기 중에 모래 비가 내리는 것으로 추정된다. 더 중요한 사실은 대기 구성 성분과 밀도, 온도 등의 정보를 이용해서 내부 구조를 파악할 수 있다는 점이다.

연구팀은 여러 가지 모델을 검토해 이 행성 내부에 지구 질량의 12배에 달하는 큰 암석 핵이 존재한다는 결론을 얻었다. 솜사탕 안에 단단한 나무 막대기가 있듯이 솜사탕 행성 내부에도 단단한 핵이 있는 셈이다. 이 암석 핵은 매우 뜨거운 상태로 행성 내부에서 대류를 일으켜 물질을 순환시키고 메탄같이 흔한 물질을 이산화탄소나 일산화탄소 같은 다른 원소로 만들었다는 것이 연구팀의 생각이다.

지금까지 수천 개의 외계 행성이 확인됐고 확인을 기다리는 후보군까지 합치면 1만 개도 넘는 외계 행성이 보고되어 있지만, 내부 구조를 파악할 수 있을 만큼 정보를 얻은 외계 행성은 거의 존재하지 않는다. 그러나 이번 연구는 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 통해 일부 외계 행성의 내부를 들여다볼 수 있다는 점을 보여줬다. 연구팀은 이번에 이용한 방법론이 앞으로 외계 행성의 내부 구조 연구에 큰 도움이 될 것으로 보고 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com