美 나사, 설명할 수 없는 대기 조성 행성 관측

미항공우주국 나사(NASA) 제임스웹우주망원경이 레몬과 같은 형상을 하고 있는 외계행성 PSR J2322-2650b를 관측했다. 그 결과 PSR J2322-2650b 대기 조성은 특수하다는 게 판명됐으며 어떻게 탄생했는지 설명할 수 없다고 보고됐다.

PSR J2322-2650b는 2017년 발견된 외계행성으로 지구로부터 750광년 떨어진 펄서 PSR J2322-2650 주위를 공전하고 있다. 펄서는 통상 수 밀리초~수 초 간격으로 전자기파를 방사하고 있으며 이런 전자기파는 등대의 빛처럼 지구에 직접 향하고 있을 때만 관측할 수 있다.

PSR J2322-2650은 1초에 300회라는 고속으로 회전하면서 주로 감마선과 기타 고에너지 입자를 방출하고 있다고 예상되며 이는 제임스웹우주망원경 적외선 관측으로는 포착되지 않는다. 따라서 PSR J2322-2650은 관측에 방해가 되지 않으며 과학자는 주위를 공전하는 PSR J2322-2650b를 상세하게 연구할 수 있다고 한다.

연구팀은 이 펄서 항성계는 주성에 비춰진 행성을 관측할 수 있는 한편 주성 자체는 전혀 보이지 않는다는 점에서 독특하다고 밝혔다.

중심 펄서는 질량이 태양의 1.4배나 되면서도 지름은 불과 10~20km 정도로 추정되며 강한 중력을 갖고 있다. 따라서 펄서로부터 불과 160만km라는 가까운 거리를 공전하는 PSR J2322-2650b는 중력에 의해 레몬형으로 늘어난 듯한 형상이 됐다.

연구팀이 PSR J2322-2650b 궤도 전체에 걸친 발광 스펙트럼을 분석한 결과 헬륨과 분자상 탄소를 주성분으로 하는 특이한 대기 조성을 갖고 있다는 걸 알았다. 이런 대기 조성은 지금까지 관측된 적이 없으며 그을음 구름이 대기 중에 떠다니고 행성 심부에서는 탄소 구름이 응집하여 다이아몬드를 형성하고 있을 가능성이 있다고 한다.

연구팀은 이 행성이 공전하는 펄서는 완전히 비정상적이라며 그건 태양과 동등한 질량을 가지면서도 도시 정도 크기밖에 되지 않는다면서 PSR J2322-2650b의 행성 대기는 지금까지 누구도 본 적이 없는 신종이며 외계행성에서 일반적으로 관측되는 물, 메탄, 이산화탄소와 같은 분자가 아니라 분자상 탄소, 구체적으로는 C2와 C3가 검출됐다고 밝혔다.

PSR J2322-2650b 온도는 섭씨 640~1700도로 매우 높기 때문에 이 온도에서 대기 중에 다른 원자가 존재할 경우 탄소는 결합해버린다. 그럼에도 불구하고 분자상 탄소가 존재하고 있는 것은 결합할 산소나 질소가 거의 없기 때문이라고 생각된다. 천문학자는 지금까지 태양계 안팎 150개 행성을 연구해왔지만 분자상 탄소가 검출 가능한 행성은 다른 곳에 없다고 한다.

연구팀은 PSR J2322-2650b처럼 탄소가 극히 많은 대기 조성을 행성이 갖는 건 매우 어려우며 알려진 모든 행성 형성 메커니즘에 부합하지 않는다고 지적하고 있다. 연구팀은 모든 걸 알고 있는 건 아니라는 점이 좋은 일이라며 이 기묘한 대기에 대해 풀어야 할 수수께끼가 있다는 건 훌륭한 일이라고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.