(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 제임스웹 우주망원경(JWST)이 12광년 떨어진 별 주위에 있는 목성보다 6배 큰 가스형 외계행성(엡실론 인디 Ab)을 처음 직접 이미지로 포착했다. 이 슈퍼목성은 지금까지 발견된 거대 가스행성 대부분이 중심별과 가까워 매우 뜨거운 것과 달리 온도가 2℃ 정도로 차가운 것으로 분석됐다.

12광년 밖에서 발견된 슈퍼목성 상상도 12광년 밖에 있는 목성보다 6배 큰 가스형 외계행성(엡실론 인디 Ab)이 제임스웹 우주망원경(JWST) 중적외선 관측장치(MIRI)에 한 점의 빛으로 포착됐다. 사진은 관측 데이터를 토대로 중심별 엡실론 인디 A(오른쪽 상단 노란색)와 슈퍼목성을 재구성한 것. [T. Müller(MPIA/HdA) 제공. 재판매 및 DB 금지]

독일 막스 플랑크 천문학 연구소(MPIA) 엘리자베스 매튜스 박사가 이끄는 국제 연구팀은 25일 과학 저널 네이처(Nature)에서 제임스웹 우주망원경(JWST) 중적외선 관측장치(MIRI)로 지구에서 12광년 떨어진 삼중성계 주황색 왜성(orange dwarf) 엡실론 인디 A(Epsilon Indi A) 주위에서 슈퍼목성 '엡실론 인디 Ab'를 처음 이미지로 포착했다고 밝혔다.

연구팀은 이 발견은 여러 측면에서 매우 이례적이라며 지상에서 촬영된 적이 없는 외계행성의 이미지를 JWST가 포착한 첫 사례이고, JWST가 지금까지 연구한 다른 가스형 외계행성들보다 온도가 훨씬 낮은 차가운 슈퍼목성을 처음 발견한 것이라고 말했다.

이 슈퍼목성의 중심별 엡실론 인디 A는 남반구 인디언자리 쪽으로 12광년 떨어진 주황색 왜성으로, 표면온도가 4천200℃ 정도로 태양보다 1천℃ 이상 낮다. 2019년 주위에 목성보다 3.25배 크고 공전주기가 45.2년인 외계행성이 있을 것이라는 분석이 나왔으나 직접 관측되지는 않았다.

연구팀은 이 연구에서 이전 연구 결과들을 토대로 JWST에 탑재된 고성능 중적외선 관측 장치인 MIRI를 이용해 엡실론 인디 A 주변을 직접 촬영해 분석했다.

그 결과 이 가스형 외계행성은 온도가 절대온도 275K(약 2℃)로 차갑고 질량은 목성의 6배가 넘으며, 중심별에서 20~40천문단위(au : 지구-태양 거리. 1억5천만㎞) 떨어진 타원형 공전궤도를 가지고 있어 공전주기가 수십년 이상으로 추정됐다.

연구팀은 이 슈퍼목성 특성은 이전 연구에서 예측된 기존 행성 특성과 매우 달라 새로운 행성으로 분류했다며 이 행성이 이 항성계에서는 유일한 거대 행성으로 보인다고 말했다.

제임스웹 우주망원경(JWST)에 포착된 슈퍼목성 '엡실론 인디 Ab' 제임스웹 우주망원경(JWST) 중적외선 관측장치(MIRI)에 포착된 슈퍼목성 '엡실론 인디 Ab' 모습. 왼쪽은 중적외선 파장 10.65㎛, 오른쪽은 15.55㎛에서 얻은 이미지 버전. 별 기호 위치가 중심별인 엡실론 인디 A. [T. Müller(MPIA/HdA), E. Matthews(MPIA) 제공. 재판매 및 DB 금지]

매튜스 박사는 "MIRI 이미지에 나타난 밝은 점은 우리가 예상했던 외계행성 위치와 일치하지 않았다. 이전 연구에서는 외계행성 존재는 정확히 밝혀냈지만, 슈퍼목성의 질량을 너무 작게, 궤도를 중심별에서 너무 가깝게 본 것 같다"며 "JWST 덕분에 이를 바로잡을 수 있었다"고 말했다.

연구팀은 특히 이번 발견이 차가운 슈퍼목성을 직접 포착한 첫 사례라는 점에 주목했다.

지금까지 태양과 비슷한 항성 주위에서 차가운 거대 가스행성이 발견된 것은 몇 개에 불과하고, 모두 천체가 관측자의 시선 방향에 가까워지거나 멀어지는 속도를 나타내는 시선 속도(radial-velocity)를 분석하는 간접적인 방법으로 발견됐다.

외계행성을 찾아내는 일반적인 방법은 행성이 별 앞을 지날 때 빛을 가려 별빛이 약해지는 현상(transit)을 분석하는 것이지만, 차가운 거대 가스행성은 공전궤도가 중심별에서 멀고 공전주기가 길어 이런 현상이 포착될 가능성이 매우 낮다.

매튜스 박사는 이 결과는 외계행성 탐사의 새로운 길을 연 것으로 JWST로 지구에서 가까운 다른 행성계도 관측해 미처 발견하지 못한 차가운 가스행성을 찾을 수 있기를 바란다며 "이런 조사는 가스 행성이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 이해를 높이는 기초가 될 것"이라고 말했다.

◆출처 : Nature, Elisabeth Matthews et al., 'A temperate super-Jupiter imaged with JWST in the mid-infrared', https://www.nature.com/articles/s41586-024-07837-8

scitech@yna.co.kr

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