(A zoomed-in view of the target, BD+05 4868 A, and its fainter binary companion, BD+05 4868 B, located 3.0′′ to the North-East. Credit: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2501.05431)
펜실베이니아 주립 대학과 MIT의 과학자들이 모항성의 강한 열에 의해 증발하고 있는 암석형 행성을 포착했습니다. 이 행성들은 공전 주기가 하루 정도나 그보다 더 짧은 정도에 불과해 초단주기 행성 (ultra-short period planets, USP)로 불리고 있습니다. 파괴되는 행성 (Disintegrating planets)은 초단주기 행성 가운데서도 열 에너지는 너무 많이 받고 증발하는 물질을 붙잡기에는 행성의 중력이 너무 약한 경우에 해당됩니다.
펜실베이니아 대학 팀이 제임스 웹 우주 망원경 (JWST)를 이용해 포착한 K2-22b는 본래 케플러 K2 임무에서 발견된 행성으로 공전 주기가 9.1 시간에 불과합니다. 표면 온도는 2,100K로 지각과 맨틀을 증발시키는 것은 물론 금속 핵을 증발시키기에 충분한 에너지를 지니고 있습니다. 이는 천문학자들에게 매우 중요한 부분인데, 멀리 떨어진 외계 행성의 내부 구성 물질이 무엇인지 직접 관측할 수 있는 드문 기회이기 때문입니다. 태양계 있는 행성도 맨틀 깊숙한 곳의 물질은 관측하거나 샘플을 얻기 힘들다는 점을 생각하면 놀라운 기회입니다.
연구팀은 JWST의 중적외선 관측장비 (MIRI)를 이용해 K2-22b의 식현상을 관측해 모양이 균일하지 않다는 사실을 알아냈습니다. 행성에서 증발한 물질이 혜성의 꼬리처럼 별 빛을 가린다고 해석하면 쉽게 해석될 수 있는 모습입니다. 분광기를 통해 밝혀낸 구성 물질은 규산염 물질로 아마도 맨틀 물질로 생각됩니다. 하지만 놀랍게도 예상치 못했던 이산화탄소와 산화질소를 발견했는데, 어디서 나왔는지는 아직 모릅니다. 연구팀은 추가 관측을 통해 데이터를 검증하고 새로운 행성 모델을 연구할 수 있기를 희망하고 있습니다.
MIT 팀이 TESS 데이터를 분석하다 발견한 BD+05 4868 Ab 역시 작은 암석형 행성으로 30.5 시간을 주기로 모항성을 공전하고 있습니다. 하지만 모항성이 다른 파괴되는 행성을 거느린 별보다 100배 정도 밝기 때문에 더 빠른 속도로 증발하는 중입니다. 연구팀은 별빛을 가리는 정도가 1%에 달할 뿐 아니라 시간도 공전 시간의 절반 수준인 15시간에 달한다는 점을 봐서 이 행성이 꼬리가 900만km에 달한다고 보고 있습니다.
무엇보다 BD+05 4868 Ab는 매우 밝은 별 주변을 돌고 있기 때문에 많은 정보를 알아낼 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 외계 행성의 내부 구성 물질에 대해 중요한 정보를 제공할 수 있을 것이라는 이야기입니다. 다만 이 행성의 경우 최후가 멀지 않은 것으로 보입니다. 현재 이 행성은 100만년 마다 달 정도의 물질을 잃고 있기 때문에 천문학적인 관점에서 최후를 향해 다가가고 있습니다. 그렇다면 가장 안쪽에 있는 금속 핵이 증발하고 있을 가능성도 있어 더 흥미로운 관측 목표가 될 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2025-01-tess-jwst-unveil-disintegrating-planetary.html
Marc Hon et al, A Disintegrating Rocky Planet with Prominent Comet-like Tails Around a Bright Star, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2501.05431
Nick Tusay et al, A Disintegrating Rocky World Shrouded in Dust and Gas: Mid-IR Observations of K2-22b using JWST, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2501.08301
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