(These light curves show the change in brightness of three different sets of wavelengths (colors) of near-infrared light coming from the isolated planetary-mass object SIMP 0136 as it rotated. The light was captured by Webb's NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), which collected a total of 5,726 spectra—one every 1.8 seconds—over the course of about 3 hours on July 23, 2023. The variations in brightness are thought to be related to different atmospheric features—deep clouds composed of iron particles, higher clouds made of tiny grains of silicate minerals, and high-altitude hot and cold spots—rotating in and out of view. The diagram at the right illustrates the possible structure of SIMP 0136's atmosphere, with the colored arrows representing the same wavelengths of light shown in the light curves. Thick arrows represent more (brighter) light; thin arrows represent less (dimmer) light. Credit: NASA, ESA, CSA, and Joseph Olmsted (STScI))
(This artist's concept shows what the isolated planetary-mass object SIMP 0136 could look like based on recent observations from NASA's James Webb Space Telescope and previous observations from Hubble, Spitzer, and numerous ground-based telescopes. Researchers used Webb's NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) and MIRI (Mid-Infrared Instrument) to measure subtle changes in the brightness of infrared light as the object completed two 2.4-hour rotations. By analyzing the change in brightness of different wavelengths over time, they were able to detect variability in cloud cover at different depths, temperature variations in the upper atmosphere, and changes in carbon chemistry as different sides of the object rotated in and out of view. This illustration is based on Webb's spectroscopic observations. Webb has not captured a direct image of the object. Credit: NASA, ESA, CSA, and Joseph Olmsted (STScI))
국제 과학자 팀이 제임스 웹 우주 망원경을 이용해서 거대 떠돌이 행성의 복잡한 대기를 관측했습니다. SIMP 0136는 지구에서 20광년 떨어진 떠돌이 행성으로 행성과 갈색왜성의 경계인 목성 질량의 13배 정도 되는 행성급 천체입니다.
SIMP 0136는 다른 별이나 갈색왜성 없이 혼자 있기 때문에 다른 천체의 빛을 분리할 필요 없이 대기를 관측할 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 따라서 허블 우주 망원경 및 스피처 우주 망원경으로 이미 관측이 이뤄졌으나 멀리 떨어진 차갑고 희미한 천체를 관측하는 임무에는 사실 제임스 웹 우주 망원경이 제격이라고 할 수 있습니다.
보스턴 대학의 앨리슨 맥카시(Allison McCarthy, doctoral student at Boston University)가 이끄는 연구팀은 두 가지 파장대에서 SIMP 0136을 자세히 관측했습니다. 이 행성은 자전 주기가 2.4시간에 불과해 행성 표면 전체를 관측하는데 몇 시간이면 충분하기 때문에 과학자들은 그 이점을 충분히 활용했습니다.
우선 NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph)을 통해 0.6-5 미크론 파장에서 1.8초 간격으로 자전 주기보다 긴 3시간 이상 관측이 이뤄졌고 MIRI (Mid-Infrared Instrument)를 이용해선 5-14 미크론 파장에서 19.2초 간격으로 한 번 자전 주기 동안 관측이 이뤄졌습니다.
관측 결과 연구팀은 SIMP 0136이 여러층의 대기와 구름을 지니고 있고 오로라 활동이 일어나고 있을지 모른다는 증거를 발견했습니다.
예를 들어 가장 깊은 곳에서 나온 파장에는 철 입자의 증거가 있었고 그보다 높이 있는 구름 입자에는 규산염 미네랄이 포함되어 있었습니다. 그리고 아주 높이 있는 구름 층에는 밝은 핫 스팟이 있는데 오로라의 증거이거나 대기 아래에서 올라온 뜨거운 기체일 가능성이 있습니다.
제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능으로 멀리 떨어진 외계 행성의 대기를 자세히 관측할 수 있었지만, 과학자들은 아직 알아내야 할 것이 많다고 생각하고 있습니다. 그리고 2027년 발사 예정인 낸시 그레이스 로만 우주 망원경이 해답을 제시할 수 있을지 모른다고 보고 있습니다.
행성과 갈색왜성의 경계에 있는 SIMP 0136에는 거대한 위성이나 대적점 같은 태풍에 존재할 가능성이 있습니다. 앞으로 어떤 새로운 사실이 밝혀질 수 있을지 궁금합니다.
참고
https://phys.org/news/2025-03-webb-exposes-complex-atmosphere-starless.html
Allison M. McCarthy et al, The JWST Weather Report from the Isolated Exoplanet Analog SIMP 0136+0933: Pressure-dependent Variability Driven by Multiple Mechanisms, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ad9eaf
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