우주 이야기 1375 - 외계 행성 글리제 367b에는 대기가 없다.

(Artist's concept of Gliese 367 b. Credit: NASA)

과학자들이 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 지구보다 작고 뜨거운 행성에 대기가 존재하지 않는다는 사실을 알아냈습니다. 지구에서 31광년 떨어진 가까운 별인 글리제 (Gliese) 367은 태양 질량의 절반 정도 되는 작은 별로 주변에 외계행성 글리제 367b (Gliese 367 b)를 거느리고 있습니다.

글리제 367b는 2021년 나사의 TESS에 의해 발견되었으며 질량은 지구의 0.67배 정도입니다. 화성보다는 크지만, 금성보다는 작은 크기로 알려진 외계 행성 가운데 가장 작은 것 중 하나입니다.

만약 이 행성이 금성이나 화성 궤도를 공전하고 있다면 거의 100%의 확률로 대기를 지니고 있을 것입니다. 하지만 글리제 367b의 공전 주기는 7.7시간에 불과할 정도로 짧고 평형 온도(equilibrium temperature)는 1367K로 매우 높습니다. 다만 지구와 달처럼 조석 고정이 이뤄져 낮인 부분은 항상 낮이고 밤인 부분은 항상 밤이라서 온도 차이가 클 것으로 예상됩니다.

과학자들은 이런 조건에서도 행성 대기가 존재할 수 있는지를 두고 갑론을박을 벌였습니다. 이 질문에 대한 답은 강력한 성능을 지닌 망원경인 제임스 웹 우주 망원경이 제시했습니다. 시카고 대학의 마이클 장 (Michael Zhang of the University of Chicago)이 이끄는 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 글리제 367b를 공전 1.6배 정도인 12.7시간 관측했습니다.

그 결과 실제 낮인 부분의 온도는 1728K이고 밤인 부분은 847K 이하로 두 배 이상 차이 났습니다. 만약 두꺼운 대기가 존재한다면 기체의 순환에 의해 열 에너지가 전달되기 때문에 있을 수 없는 수준의 차이입니다. 연구팀은 이산화탄소로 된 1bar 이상의 대기가 존재할 가능성을 우선 배제했습니다. 그리고 강한 환원성 환경에서 10 milibar 수준의 희박한 대기나 강한 산화 환경에서 0.01 milibar 수준의 더 희박한 대기가 있을 가능성도 낮은 것으로 나타났습니다.

사실 이 행성의 환경을 생각하면 대기가 없을 것으로 보는 것이 타당할 것입니다. 이번 연구는 실제 관측을 통해 이를 입증했다는 데서 의의가 있습니다. 앞으로 제임스 웹 우주 망원경을 통해 더 많은 행성에서 대기가 실제로 존재하는지, 그리고 존재한다면 어떤 특징을 지니고 있는지 검증하기 쉬워질 것으로 기대합니다.

참고

https://phys.org/news/2024-01-gliese-dark-hot-earth-atmosphere.html

Michael Zhang et al, GJ 367b is a dark, hot, airless sub-Earth, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2401.01400

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