제임스웹 우주망원경(JWST)이 12광년 떨어진 별 주위에 있는 목성보다 6배 큰 가스형 외계행성(엡실론 인디 Ab)을 처음 직접 이미지로 포착했다. 이 슈퍼목성은 지금까지 발견된 거대 가스행성 대부분이
중심별과 가까워 매우 뜨거운 것과 달리 온도가 2℃ 정도로 차가운 것으로 분석됐다.
12광년 밖에 있는 목성보다 6배 큰 가스형 외계행성(엡실론 인디 Ab)이 제임스웹 우주망원경(JWST) 중적외선 관측장치(MIRI)에 한 점의 빛으로 포착됐다. 사진은 관측 데이터를 토대로 중심별 엡실론 인디 A(오른쪽 상단 노란색)와 슈퍼목성을 재구성한 것. [T. Müller(MPIA/HdA) 제공. 재판매 및 DB 금지]
연구팀은 이 발견은 여러 측면에서 매우 이례적이라며 지상에서 촬영된 적이 없는 외계행성의 이미지를 JWST가 포착한 첫 사례이고, JWST가 지금까지 연구한 다른 가스형 외계행성들보다 온도가 훨씬 낮은 차가운 슈퍼목성을 처음 발견한 것이라고 말했다.
이 슈퍼목성의 중심별 엡실론 인디 A는 남반구 인디언자리 쪽으로 12광년 떨어진 주황색 왜성으로, 표면온도가 4천200℃ 정도로 태양보다 1천℃ 이상 낮다. 2019년 주위에 목성보다 3.25배 크고 공전주기가 45.2년인 외계행성이 있을 것이라는 분석이 나왔으나 직접 관측되지는 않았다.
연구팀은 이 연구에서 이전 연구 결과들을 토대로 JWST에 탑재된 고성능 중적외선 관측 장치인 MIRI를 이용해 엡실론 인디 A 주변을 직접 촬영해 분석했다.
그 결과 이 가스형 외계행성은 온도가 절대온도 275K(약 2℃)로 차갑고 질량은 목성의 6배가 넘으며, 중심별에서 20~40천문단위(au : 지구-태양 거리. 1억5천만㎞) 떨어진 타원형 공전궤도를 가지고 있어 공전주기가 수십년 이상으로 추정됐다.
연구팀은 이 슈퍼목성 특성은 이전 연구에서 예측된 기존 행성 특성과 매우 달라 새로운 행성으로 분류했다며 이 행성이 이 항성계에서는 유일한 거대 행성으로 보인다고 말했다.
제임스웹 우주망원경(JWST)에 포착된 슈퍼목성 '엡실론 인디 Ab' 제임스웹 우주망원경(JWST) 중적외선 관측장치(MIRI)에 포착된 슈퍼목성 '엡실론 인디 Ab' 모습. 왼쪽은 중적외선 파장 10.65㎛, 오른쪽은 15.55㎛에서 얻은 이미지 버전. 별 기호 위치가 중심별인 엡실론 인디 A. [T. Müller(MPIA/HdA), E. Matthews(MPIA) 제공. 재판매 및 DB 금지]
매튜스 박사는 "MIRI 이미지에 나타난 밝은 점은 우리가 예상했던 외계행성 위치와 일치하지 않았다. 이전 연구에서는 외계행성 존재는 정확히 밝혀냈지만, 슈퍼목성의 질량을 너무 작게, 궤도를 중심별에서 너무 가깝게 본 것 같다"며 "JWST 덕분에 이를 바로잡을 수 있었다"고 말했다.
연구팀은 특히 이번 발견이 차가운 슈퍼목성을 직접 포착한 첫 사례라는 점에 주목했다.
지금까지 태양과 비슷한 항성 주위에서 차가운 거대 가스행성이 발견된 것은 몇 개에 불과하고, 모두 천체가 관측자의 시선 방향에 가까워지거나 멀어지는 속도를 나타내는 시선 속도(radial-velocity)를 분석하는 간접적인 방법으로 발견됐다.
외계행성을 찾아내는 일반적인 방법은 행성이 별 앞을 지날 때 빛을 가려 별빛이 약해지는 현상(transit)을 분석하는 것이지만, 차가운 거대 가스행성은 공전궤도가 중심별에서 멀고 공전주기가 길어 이런 현상이 포착될 가능성이 매우 낮다.
매튜스 박사는 이 결과는 외계행성 탐사의 새로운 길을 연 것으로 JWST로 지구에서 가까운 다른 행성계도 관측해 미처 발견하지 못한 차가운 가스행성을 찾을 수 있기를 바란다며 "이런 조사는 가스 행성이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 이해를 높이는 기초가 될 것"이라고 말했다.
◆출처 : Nature, Elisabeth Matthews et al., 'A temperate super-Jupiter imaged with JWST in the mid-infrared',https://www.nature.com/articles/s41586-024-07837-8
