(Artist's concept of a brown dwarf. Brown dwarfs begin their lives like stars but they never accumulate enough mass to fuse atoms steadily at their cores and ignite with starlight. Credit: NASA/JPL-Caltech)
지구에서 불과 7.5광년 떨어진 거리에 있는 WISE 0855는 작은 갈색왜성 혹은 거대 가스 행성입니다. 크기는 목성 정도이고 질량은 목성의 3-10배 정도로 갈색왜성의 질량 하한선인 목성 질량의 13배 아래일 가능성이 있느나 혼자 있는 천체이기 때문에 정확한 질량 추정이 어려운 문제가 있습니다.
애리조나 대학교 스튜어드 천문대의 조교 천문학자인 브리태니 마일스 (Brittany Miles, assistant astronomer at the University of Arizona's Steward Observatory)가 이끄는 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 가장 차가운 갈색 왜성인 WISE 0855를 11시간 동안 관측하고 15분마다 빛의 스펙트럼을 수집했습니다.
그 결과 WISE 0855에 대해 지금까지 촬영된 것 중 가장 상세한 시계열 사진을 얻을 수 있었습니다. 그리고 지구의 날씨처럼 다른 천체의 수증기 구름 두께가 시간에 따라 변한다는 사실을 최초로 직접 확인하게 되었습니다.
WISE 0855의 대기는 적어도 두 가지 서로 다른 과정이 동시에 작용하여 형성된 것으로 보입니다. 하나는 천체가 회전함에 따라 두꺼워졌다 얇아졌다 하는 고고도의 수증기 구름이고, 다른 하나는 훨씬 아래쪽에서 대류에 의해 위로 끌어올려지는 심층의 화학 가스입니다.
이렇게 행성급 천체에서 수증기 구름이 얇아졌다 두꺼워졌다 하는 현상은 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능 덕에 처음으로 확인할 수 있게 됐습니다. 해당 연구 결과는 arXiv 사전 공개 서버 에서 확인할 수 있으며, The Astrophysical Journal 에 게재 승인되었습니다 .
갈색왜성은 중수소나 리튬 같이 드문 원소를 이용해 초기에 핵융헞 반응을 하고 이후에는 중력수축에 의해 열을 내면서 수축합니다. WISE 0855는 약 265켈빈(-8°C, 17°F)으로 분명 내부에서 열이 나오고 있긴 하나 갈색왜성이라면 매우 차가운 쪽에 속하고 떠돌이 행성이면 뜨거운 편에 속합니다.
제임스 웹 우주 망원경은 WISE 0855가 자전에 따라 표면이 어떻게 변하는지 관측했습니다. JWST의 중해상도 분광기는 개별 분자 특징 차이를 추적할 수 있을 만큼 민감해서 자전에 따른 온도 변화 외에도, 일산화탄소와 포스핀의 주기적인 파동 신호를 포착했습니다.
이 화학 물질들은 갈색 왜성 내부 깊은 곳에서 발생하는 열이 끊임없이 물질을 표면으로 끌어올리기 때문에 시시각각 변합니다. 이러한 종류의 화학적 신호는 행성 과학자들에게 익숙합니다. 목성에서는 대류 혼합으로 인해 깊고 뜨거운 층의 가스가 가시적인 대기층으로 올라옵니다. 심층 가스의 대류 상승 (불평형 화학, disequilibrium chemistry)을 다른 외계 천체에서 이 정도로 확인힌 것은 최초입니다.
정리하면 과학자들은 고층 수증기 구름의 두께 변화를 외계 천체에서 처음으로 포착하고 목성과 비슷한 심층 가스 대류도 확인했습니다. 따라서 전체적인 외형은 목성 같은 거대 가스 행성과 비슷할 것으로 예상됩니다.
이번 성과는 제임스 웹 우주 망원경의 탁월한 성능 덕분에 가능했지만, 더 자세한 내용이 알고 싶다면 더욱 강력한 망원경이 필요합니다. 앞으로 차세대 망원경들의 활약을 기대해 봅니다.
참고
Brittany E. Miles et al, Water Cloud and Chemical Modulations in the Coldest Brown Dwarf, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2609.20664
Journal information: Astrophysical Journal , arXiv
https://phys.org/news/2026-10-discovery-variable-clouds-solar.html
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