제임스웹 우주망원경(JWST)이 한 외계행성의 아침과 저녁 대기 상태가 다르다는 사실을 처음으로 확인했다.
독일 막스플랑크 천문학연구소(MPIA) 시릴 가프 연구원팀은 10일(현지시간) 초고온 가스 외계행성 'WASP-121 b'의 주야 경계선에서 아침과 저녁의 온도와 화학적 구성이 다르다는 연구 결과를 발표했다.
이번 발견은 JWST의 근적외선 분광기(NIRSpec)를 통해 행성이 항성 앞을 지날 때 대기를 통과하는 별빛의 변화를 정밀 분석해 이뤄졌다.
연구팀에 따르면 이 행성의 저녁 쪽 대기는 아침 쪽보다 더 많은 별빛을 흡수했다. 이는 행성의 강력한 바람이 낮의 뜨거운 열을 밤 쪽으로 옮기면서 저녁 지역을 가열하기 때문으로 분석된다.
가열된 저녁 대기는 팽창하면서 더 많은 별빛을 흡수하게 된다. 이 과정에서 섭씨 수천 도에 달하는 고온으로 인해 물(H₂O) 분자가 구성 원소로 분해되는 현상도 관측됐다.
반면 일산화탄소(CO) 신호가 증가하는 현상도 포착됐으나, 이는 실제 분자 수가 늘어난 것이 아니라 온도 상승에 따른 효과로 보인다고 연구팀은 설명했다.
WASP-121 b는 목성과 비슷한 가스 행성이지만 항성에 매우 가까이 있어 '초고온 목성'으로 불린다. 항성의 기조력에 의해 자전과 공전 주기가 같아져 한쪽 면은 영원한 낮, 반대쪽은 영원한 밤이 지속된다.
이 행성의 낮 쪽 표면 온도는 약 2500도에 달하지만, 밤 쪽은 약 725도로 상대적으로 낮다.
흥미로운 점은 관측된 대기 변화 폭이 기존 컴퓨터 모델의 예측보다 훨씬 컸다는 것이다. 연구팀은 현재 모델이 포함하지 않는 '구름'의 존재 가능성을 그 원인으로 지목했다.
연구팀은 상대적으로 온도가 낮은 아침 쪽 경계선에 물방울이 아닌 규산염 등 광물로 이뤄진 구름이 형성됐을 수 있다고 추정했다. 이 구름이 하층부의 열 방출을 막아 온도가 더 낮게 측정됐을 수 있다는 설명이다.
이번 연구는 외계행성의 대기 구조를 3차원적으로 이해하는 새로운 길을 열었으며, 향후 다른 초고온 행성 연구의 청사진이 될 것으로 기대된다.