WASP-79b : 푸른 하늘을 볼 수 없는 외계행성

CREDITS:  NASA, ESA, and L. Hustak (STScI)

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이 상상화는 780광년 거리에 있는 뜨거운 목성형 외계행성 WASP-79b를 그린 것이다. 
이 행성은 태양보다 훨씬 뜨거운 자신의 별을 불안정하게 바짝 붙은 궤도로 공전하고 있다. 
이 행성은 목성보다 더 크고, 섭씨 1600도로 들끓는 깊고 탁한 대기에 둘러싸여 있다. 

 

뜨거운 목성급의 외계행성 WASP-79b의 일기예보를 전해드리자면 뜨거운 증기가 가득하겠고, 구름이 많아 강철비가 내리고 노란 하늘이 뒤덮고 있을 것입니다. 

허블우주망원경은 이 행성의 대기를 분석하기 위해 칠레에 있는 마젤란 콘소시엄의 마젤란II망원경과 팀을 구성하였다. 
이 행성은 태양보다 더 뜨겁고 더 밝은 별인 WASP-79를 공전하고 있다. 
이 별은 에리다누스자리 방향으로 780광년 거리에 위치해 있다. 

WASP-79b는 지금까지 관측된 외계행성 중에서 가장 거대한 규모를 자랑하는 행성이다. 
상층 대기에 있는 미세한 먼지 입자들에 빛이 산란되면서 대기에 특정한 색깔이 나타나는 현상을 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라 한다. 
하지만 최근 발행된 논문에서 놀라운 점은 이 행성에는 이러한 대기현상의 증거가 일체 발견되지 않는다는 것이다. 
지구의 경우 레일리 산란에 따라 태양빛에서 좀더 짧은 파장이 지구 대기에 산란되면서 파란색 하늘이 나타난다. 
하지만 WASP-79b에서는 이러한 현상이 일체 발생하지 않고 있어 과학자들은 낮동안 이 행성의 하늘은 그저 누렇게 보일 것이라고 말했다. 

존스홉킨스응용물리학연구소(the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)의 크리스틴 쇼월터 소첸(Kristin Showalter Sotzen)의 설명은 다음과 같다.
"이것은 알 수 없는 대기 현상이 발생하고 있다는 강력한 지표입니다. 
그 현상이 무엇인지 우리가 가지고 있는 물리 모델로는 설명할 수 없는 상태죠.
저는 WASP-79b의 스펙트럼을 여러 동료들에게 보여주었습니다. 
이들의 의견은 모두 똑같았습니다.

정말 괴상하다는 것이었죠."

연구팀은 좀더 많은 사례를 수집하기 위해 이와 유사한 조건의 행성들을 더 많은 찾기를 바라고 있다. 

소체의 설명은 다음과 같다. 
"저희도 이런 현상은 처음이기 때문에 그 원인에 대해서도 알 수 없는 상태입니다.  
따라서 이와 같은 현상이 일어나는 다른 행성들을 찾아봐야 할 필요가 있죠. 
이번에 목격된 현상이 현재로서는 알 수 없는 미지의 대기현상일 가능성도 있기 때문입니다. 
우리가 본 외계행성이라고는 이제 고작 하나이기 때문에 과연 이 현상이 행성 진화과정과 연결된 대기 현상인지 여부도 전혀 알 수 없는 상태입니다." 
 
뜨거운 목성형 행성들은 자신의 별과 대단히 가까운 공전궤도를 가지고 있다. 
이에 대한 일반적인 견해는 이 행성들이 행성계 외곽에서 차가운 가스들이 뭉쳐져 탄생한 후 안쪽으로 이동하여 별에 바짝 다가선 궤도를 갖게 되는 것으로 보고 있다. 

 

WASP-79b의 경우 한 번 공전하는데 걸리는 기간은 고작 3.5일밖에 되지 않는다. 
또한 이 행성은 과학자들이 예측하고 있는, 특히 뜨거운 목성형 행성에 대해 추정하고 있는 형성이론과는 배치되는 독특한 극궤도를 가지고 있다. 

 

이러한 독특한 관측 결과는 이와 유사한 행성들의 역사에 대한 추가적인 단서를 줄 수 있을지도 모른다. 
몇몇 뜨거운 목성형 행성들은 연무나 구름이 잔뜩긴 대기를 보여주지만 또 어떤 것들은 매우 깨끗한 대기를 보여주기도 한다. 
만약 WASP-79b가 다른 뜨거운 목성형 행성들과 같은 행성이라면 이 행성에는 구름이 흩뿌려져 있을 것이고  대기 높은 곳까지 기화되어 올라간 철이 응축으로 비가 되어 내리고 있을 것이다. 

WASP-79b는 목성의 두 배 질량을 가지고 있다. 
또한 너무나 뜨겁다보니 팽창된 대기를 가지고 있다. 
이로인해 대기를 관통하며 우리에게까지 날아온 별빛을 연구하기에 최상의 대상이 되는 행성이다. 
연구팀은 이 행성을 연구하기 위해 칠레 라스 캄파나스 천문대의 마젤란II망원경에 장착된 분광기를 사용하였다. 
분광기란 대상의 화학적 조성을 살펴보기 위해 빛의 파장을 분석하는 장비를 말한다. 

 

연구팀은 레일리 산란에 의해 푸른 빛의 양이 감소하는 양상을 보여줄 것이라 생각했지만 예상과는 정반대 양상이 나타났다.
파장이 짧은 푸른빛의 파장들의 대기 투과율이 더 높게 나타난 것이다. 
즉, 파란색 파장의 빛들일수록 대기상에 흡수도 산란도 되지 않는 양상이 나타나고 있었던 것이다. 

 

이번 연구 결과는 WASP-79b에 대해 독립적으로 관측을 수행한 NASA 통과현상을 이용한 외계행성탐사위성(Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS)의 관측 결과와 일맥상통하는 결과였다. 
WASP-79b는 허블우주망원경의 탐사 프로그램인 모든 파장을 이용한 외계행성 비교연구 프로그램(Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury, PanCET)의 일환으로 관측되기도 했다. 
당시 관측에서는 WASP-79b의 대기에서 물로 된 수증기가 관측되기도 했다. 
이번 관측을 기반으로 이 거대 행성은 제임스웹우주망원경 설치 후 초반에 관측될 대상으로 선정되었다. 
제임스웹 우주망원경은 적외선 파장을 넘어서는 훨씬 더 폭넓은 분광 데이터를 보여줄 것이며 관측을 통해 이 행성의 대기에 물로 된 증기에 관한 더 많은 증거를 찾을 수도 있을 것으며, 이번에 관측된 독특한 스펙트럼의 원인을 알아내는데 도움이 될만한, 이 행성의 화학적 조성에 대해 더 세부적인 정보도 얻을 수 있을 것이다. 

이번 연구 결과는 2020년 1월 아스트로노미털 저널(The Astronomical Journal)에 개재되었다. 

출처 : 허블사이트 2020년 4월 30일 발표 뉴스

        https://hubblesite.org/contents/news-releases/2020/news-2020-18

 

 

참고 : WASP-79b를 비롯한 다양한 외계행성 및 원시행성원반에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973