(An artistic depiction of SIMP 0136. Credit: Dr. Evert Nasedkin, Trinity College Dublin)
갈색왜성 (brown dwarf)은 종종 실패한 별로 불립니다. 안정적인 수소 핵융합 반응을 이끌어 내기에는 중심부 압력과 열이 낮기 때문에 더 드물게 존재하는 중수소나 리튬을 연소하면서 약하게 자체적으로 에너지를 방출합니다. 이후에는 중력 수축에 의한 에너지를 방출하는데, 빛을 만들어 내긴 하나 어두울 수밖에 없어 별도 아니고 행성도 아닌 천체가 되는 것입니다. 다만 작은 갈색왜성은 외계 행성보다 표면 관측이 쉽다는 장점이 있습니다.
더블린 트리니티 칼리지 멀 슈레이더(Merle Schrader, a Ph.D. candidate in Trinity's School of Physics.)와 동료 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 통해 갈색왜성의 대기 패턴을 연구했습니다. 연구팀이 조사한 것은 이전에 오로라와 유사한 현상과 관찰된 가까운 갈색 왜성 SIMP 0136으로 지구에서 대략 20광년 정도 떨어져 있습니다. 이 천체의 추정 질량은 목성의 13배 정도로 갈색왜성의 질량 (13-80배)의 질량 하한선에 해당합니다.
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연구팀은 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 관측 자료를 주성분 분석(PCA)이라는 통계 기법을 적용해 천체의 회전에 따른 빛의 변화를 조사했습니다. PCA는 관측 자료 전반에 걸쳐 함께 변화하는 주요 패턴을 식별함으로써 복잡한 데이터를 단순화합니다. 이 방법을 통해 연구팀은 갈색왜성이 회전함에 따라 밝기가 미세하게 변화하는 것을 파악하고 예상되는 대기의 모습을 추정할 수 있었습니다.
첫 번째 주성분 분석은 넓은 파장대(broadband) 변동을 포착했는데, 이는 온도 변화와 일치합니다. 두 번째 주성분은 색(chromatic, 파장에 의존하는)의 변동을 추적해 구름의 수직 구조를 파악할 수 있습니다. 두 개의 지배적 성분이 존재한다는 것은 스펙트럼이 서로 다른 세 가지 대기 상태의 혼합으로 기술될 수 있음을 의미합니다. 쉽게 말해 목성처럼 더 뜨겁고 구름이 얇은 지역과, 더 차갑고 수직으로 발달한 두꺼운 구름 지역이 패치워크(patchwork) 형태로 존재하며, 회전하면서 서로 보이거나 보이지 않아 마치 줄무늬 같은 구조를 지니게 됩니다. (복원도 참조)
연구팀은 SIMP 0136의 기상 패턴을 유발하는 요인들이 12번 이상의 자전 주기 동안 지속된다는 사실을 발견했습니다. 따라서 목성과 비슷하게 줄무늬 패턴이 장기적으로 유지된다고 추정할 수 있습니다.
이번 연구는 189조 킬로미터 떨어진 먼 천체의 대기를 다른 별의 도움 없이 직접 추정했다는데서 의의가 있습니다. 또 갈색왜성이면서도 거의 행성급 질량을 지니고 있기 때문에 목성보다 더 큰 슈퍼 목성급 가스 행성의 대기 구조를 예측하는데도 도움을 줄 것으로 예상됩니다.
하지만 이는 갈색왜성의 표면을 직접 관측한 것은 아닙니다. 현재 외계 행성의 대기를 직접 포착할 수 있는 차세대 망원경이 계획되고 있는 만큼 미래에는 갈색왜성의 실제 모습을 직접 관측하는 날도 있을 것으로 기대합니다.
참고
Merle A. Schrader et al, The JWST weather report: Unravelling the atmospheric variability of isolated worlds using principal component analysis, Astronomy & Astrophysics (2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202660109
https://phys.org/news/2026-09-world-years-reveals-jupiter-weather.html
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