(Rocky debris, the pieces of a former rocky planet that has broken up, spiral inward toward a white dwarf in this illustration. Studying the atmospheres of white dwarfs that have been “polluted” by such debris, a NOIRLab astronomer and a geologist have identified exotic rock types that do not exist in our Solar System. The results suggest that nearby rocky exoplanets must be even stranger and more diverse than previously thought. Credit: NOIRLab / NSF / AURA /J. da Silva / M. Zamani / M. Kosari (NSF's NOIRLab))
과학자들은 외계 행성의 존재를 이미 수천 개 이상 증명했지만, 그 내부 구조에 대해서는 아는 것이 거의 없습니다. 멀리 떨어진 외계 행성의 물리적 데이터를 상세히 확보하기 어려운 것은 물론 탐사선을 보낼 수도 없어 내부 구조와 구성 물질을 살펴본다는 것은 불가능에 가깝기 때문입니다. 하지만 간접적으로 단서를 찾을 수 있는 방법이 있습니다. 바로 백색왜성입니다.
미국 국립 과학재단 (NSF)의 국립 광학 - 적외선 천문학 연구소 NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory)의 과학자들은 캘리포니아 주립대학의 지질학자들과 힘을 합쳐 백색왜성의 대기에서 포착한 외계 행성의 물질을 분석했습니다.
백색왜성은 기본적으로 태양과 비슷한 별이 최후를 맞이하면서 중심부의 물질이 모여서 형성된 것이기 때문에 내부 물질은 타고 남은 핵연료 잔해인 탄소와 산소가 대부분이고 표면에는 연료로 타지 못한 헬륨과 수소가 대부분입니다. 그런데 만약 백색왜성 대기에서 철이나 규소 같은 무거운 원소가 발견된다면 이는 과거 별 주변을 공전한 행성을 백색왜성이 잡아먹은 증거라고 할 수 있습니다.
연구팀은 650광년 이내에 있는 오염된 백색왜성 (polluted white dwarf) 23개를 허블 우주 망원경과 켁 망원경을 이용해서 분석했습니다. 그 결과 이 백색왜성이 잡아 먹은 행성들이 생각보다 다양한 미네랄을 지니고 있다는 사실을 확인했습니다. 일부 암석은 지구에는 존재하지 않는 것으로 이 외계 행성들이 생각보다 더 단단했을 가능성을 시사합니다.
이번 연구에서 오염된 백색왜성의 대기는 마그네슘 같은 원소는 풍부한 반면 규소의 함량은 낮았는데, 연구팀은 대부분의 물질이 사실 맨틀에서 나왔을 가능성이 크다고 해석했습니다. 사실 지각은 매우 얇은 껍질에 불과하고 대부분의 행성 부피는 맨틀과 핵이 차지하기 때문에 크게 무리한 해석은 아닐 것입니다.
오염된 백색왜성을 통한 외계 행성 연구는 이제 시작 단계입니다. 앞으로 더 상세한 관측이 진행되면 마지막 순간에 백색왜성의 중력에 잡혀 최후를 맞이한 불운한 암석 행성들이 어떤 구조와 구성 물질을 지녔는지 좀 더 자세히 드러날 것입니다.
그런데 먼 미래 지구가 그런 불운한 암석 행성이 될 수 있다는 점을 생각하면 뭔가 미묘한 느낌이 드는 연구이기도 합니다. 지나친 상상일지도 모르지만, 50억년이 지난 후 우리를 구성했던 물질 역시 멀리 떨어진 외계 천문학자에게 포착될지도 모릅니다.
참고
https://phys.org/news/2021-11-rocky-exoplanets-stranger-thought.html
Keith D. Putirka et al, Polluted white dwarfs reveal exotic mantle rock types on exoplanets in our solar neighborhood, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26403-8
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