썩은 달걀 냄새 나는 외계행성 찾았다 [우주로 간다]

35광년 거리 ‘L 98-59 d’, 기존 분류 벗어난 새로운 행성

천문학자들이 제임스웹 우주망원경(JWST)을 이용해 기존 분류에 속하지 않는 새로운 유형의 외계행성을 분석한 연구결과를 공개했다. 

우주과학 매체 스페이스닷컴은 16일(현지시간) 지구에서 약 35광년 떨어진 붉은 왜성 주위를 공전하는 외계행성 ‘L 98-59 d’의 관측 결과를 보도했다. 해당 연구 결과는 이날 국제 학술지 ‘네이처 천문학(Nature Astronomy)’에 발표됐다.

모항성을 공전하는 L 98-59 d을 상상한 이미지 (출처=마크 A. 갈릭)

태양계 밖에 위치한 이 행성은 표면이 용암으로 이루어진 ‘용암 행성’으로 추정되며, 대기에는 황화수소가 풍부해 썩은 달걀 냄새가 날 가능성이 높은 것으로 분석됐다.

JWST와 여러 지상 망원경의 관측 자료에 따르면, 이 외계행성은 지구 크기의 약 1.6배이며 밀도가 매우 낮다. 대기에는 특유의 악취로 알려진 황화수소를 비롯한 황 기반 분자가 다량 포함된 것으로 나타났다.

일반적으로 이와 같은 행성은 수소가 풍부한 대기를 가진 암석형 가스 왜성이나 물이 많은 해양 행성으로 분류된다. 그러나 L 98-59 d는 이러한 기존 범주에 속하지 않는 특성을 보이며 황 분자가 풍부한 새로운 외계행성 유형으로 분류해야 할 필요성이 제기되고 있다.

영국 옥스퍼드대학교 연구팀장 해리슨 니콜스는 “이번 발견은 현재 행성을 분류하는 기준이 지나치게 단순할 수 있음을 보여준다”며 “이 행성에 생명체가 존재할 가능성은 낮지만, 태양계 밖에 매우 다양한 행성이 존재한다는 점을 보여준다”고 설명했다. 이어 “아직 발견되지 않은 또 다른 유형의 행성은 무엇일지 질문하게 만든다”고 덧붙였다.

행성 전체를 덮은 ‘마그마의 바다’

니콜스 연구팀은 첨단 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 약 50억 년에 걸친 L 98-59 d의 진화 과정을 재구성했다. 연구진은 모델 결과를 실제 망원경 관측 데이터와 비교해 행성 내부에서 일어나는 과정을 분석했다.

연구진에 따르면 L 98-59 d는 용융 규산염 맨틀과 함께 행성 전체를 덮는 거대한 마그마 바다를 지니고 있을 가능성이 높다. 이러한 마그마 바다는 오랜 기간 동안 막대한 양의 황을 내부에 저장하는 역할을 했을 것으로 추정된다. 이후 수십억 년 동안 황이 풍부한 가스가 행성 대기로 방출되면서, JWST가 상층 대기에서 관측한 이산화황과 다양한 황 기반 분자가 형성된 것으로 분석된다.

NASA 제임스 웹 우주망원경을 예술가가 표현한 이미지 (출처= NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez)

또한 이 마그마 저장소는 수소와 황이 풍부한 대기를 유지하는 데에도 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 이를 통해 모항성에서 방출되는 강한 X선 복사로 인해 대기가 우주로 날아가는 것을 막았을 것으로 연구진은 보고 있다.

수십억 년 동안 행성 내부와 대기 사이에서 분자 교환이 계속되면서 L 98-59 d는 가스와 유황 성분이 풍부한 새로운 유형의 행성으로 진화했고, 오랜 기간 마그마 바다를 유지해 온 것으로 추정된다.

연구팀의 시뮬레이션 결과에 따르면, 이 행성은 막대한 양의 휘발성 물질을 가진 상태로 형성됐으며 이후 수십억 년 동안 행성이 수축하고 식는 과정에서 대기의 일부는 사라졌지만 완전히 소실되지는 않았을 것으로 보인다.

옥스퍼드대학교 연구팀의 레이먼드 피에르험버트는 “우리가 직접 방문할 수 없는 행성의 내부를 컴퓨터 모델을 통해 밝혀낼 수 있다는 점이 매우 흥미롭다”며 “천문학자들은 멀리서 행성의 크기와 질량, 대기 구성 정도만 측정할 수 있지만 이번 연구는 외계행성의 먼 과거를 재구성하고 태양계에는 없는 새로운 유형의 행성을 발견할 수 있음을 보여준다”고 말했다.