우주 이야기 1573 - 펄서 주위를 공전하는 기묘한 외계 행성

 (This artist’s concept shows what the exoplanet called PSR J2322-2650b (left) may look like as it orbits a rapidly spinning neutron star called a pulsar (right). Gravitational forces from the much heavier pulsar are pulling the Jupiter-mass world into a bizarre lemon shape. Credit:NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI))

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과학자들은 지금까지 6,000개 이상이 외계 행성을 확인했습니다. 그 가운데 일부는 태양처럼 현재 살아 있는 주계열성이 아니라 이미 죽은 별인 백색왜성이나 중성자별 주변을 공전하고 있습니다. 이들은 별의 죽음에서도 살아남은 외계행성으로 먼 미래 지구의 운명을 보여주고 있습니다. 그래도 백색왜성은 폭발은 하지 않지만, 중성자별은 초신성 폭발의 결과물인 점을 생각하면 여기서 살아남은 행성은 놀라운 존재인 셈입니다.

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시카고 대학의 천문학자인 마이클 장 (University of Chicago's Michael Zhang)과 동료들은 제임스 웹 우주 망원경을 통해 더 놀라운 존재를 확인했습니다. PSR J2322-2650b는 빠른 속도로 공전하면서 강력한 에너지를 방출하는 중성자별인 펄서 주변의 목성형 가스 행성으로 지구 - 태양 거리보다 100배나 가까운 160만km 거리에서 불과 7.8시간을 주기로 공전하고 있습니다. 아마도 본래 더 먼 궤도에 있다가 초신성 폭발 이후 어떤 이유에선지 가까이 끌려온 행성일 것입니다. 이 행성은 강한 중력을 지닌 중성자별에 매우 가까이 있어 한쪽에 잡아당겨져 마치 레몬 같은 형태를 지니고 있습니다.

(This animation shows an exotic exoplanet orbiting a distant pulsar, or rapidly rotating neutron star with radio pulses. The planet, which orbits about 1 million miles away from the pulsar, is stretched into a lemon shape by the pulsar’s strong gravitational tides. Credit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI))

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펄서는 매우 강력한 자기장과 에너지를 방출하면서 수초에서 밀리초 단위로 공전하는 극단적인 중성자별이기 때문에 이렇게 가까운 거리에 있는 경우 엄청난 에너지를 받아 행성 역시 1900K의 높은 온도를 지니고 있습니다. 덕분에 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 통해 이 행성의 대기를 관측하고 그 구성성분을 처음으로 확인할 수 있게 됐습니다. 놀라운 것은 여기서부터입니다.

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과학자들은 이 행성이 헬륨과 탄소가 풍부한 대기를 지니고 있다는 사실을 확인했습니다. 심지어 탄소 분자 (C2)의 존재도 확인됐는데, 이는 전혀 예상하지 못했던 결과입니다. 탄소는 산소나 수소, 질소 같은 다른 원소와 쉽게 결합하기 때문에 이는 산소 같은 다른 원소가 거의 없다는 뜻이기 때문입니다.

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이 기이한 외계 행성의 생성 과정은 미스터리입니다. 어쩌면 동반성이 물질을 빼앗기고 행성급으로 작아졌을 가능성도 있지만, 왜 탄소만 남게 됐는지 설명하기 힘듭니다. 일반적인 가스 행성이라고 해도 이 점은 마찬가지로 설명하기 어렵습니다. 연구팀은 한 가지 가능한 설명으로 탄소와 산소의 혼합물이 결정 형태로 아래 가라앉아 있고 탄소와 헬륨 만 위에 있어 보이는 게 아닐까 생각하고 있습니다.

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아무튼 위치, 생김새, 구성 성분까지 온통 미스터리인 외계 행성이 아닐 수 없습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-12-webb-pulsar-orbiting-planet-composition.html

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Michael Zhang et al, A Carbon-rich Atmosphere on a Windy Pulsar Planet, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae157c

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