美 연구팀 "규산염 구름 가진 행성과 주변에 행성 원반이 있는 행성 발견"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 나이가 1천600만년밖에 안 된 태양형 별 주위에서 대기에 규산염 구름(silicate clouds)이 있는 외계행성과 먼지·가스 등으로 이뤄진 행성 주변 원반(circumplanetary disk) 속에 있는 외계행성이 포착됐다.

규산염 먼지구름이 있는 외계행성(왼쪽)과 행성 주변 원반 속 외계행성 상상도 1천600만년 된 태양과 비슷한 별인 'YSES-1'(흰색) 주위에서 규산염 구름(silicate clouds)에 둘러싸인 외계행성 'YSES-1c'(왼쪽)와 현재 형성 중인 것으로 보이는 외계행성 'YSES-1b' 및 이를 둘러싼 행성 원반(circumplanetary disk.오른쪽)이 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 포착했다. [Ellis Bogat 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 우주 망원경 과학 연구소(STScI) 키엘란 호크 박사팀은 11일 과학 저널 네이처(Nature)에서 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 310광년 밖의 별 'YSES-1' 주위에서 규산염 구름이 가득한 대기를 가진 외계행성(YSES-1c)과 행성 주변 원반 속에 있는 외계행성(YSES-1b)을 발견했다고 밝혔다.

연구팀은 이 발견은 목성과 유사한 외계행성이 실시간으로 형성되는 과정을 관찰할 기회를 준다며 젊은 외계 행성계와 태양계를 비교함으로써 우리 행성들이 어떻게 변화해왔는지에 대한 단서를 얻을 수 있다고 말했다.

YSES-1 시스템은 지구에서 약 310광년 떨어져 있고 나이가 1천670만년으로 추정되며 태양과 유사한 젊은 별과 목성보다 큰 두 개의 가스 행성으로 구성돼 있다. 목성의 14배와 6배 크기인 두 행성은 각각 160AU(천문단위:태양-지구 거리=1억5천만㎞)와 320AU 떨어진 곳에서 YSES-1을 돌고 있다.

연구팀은 YSES-1b와 c는 다른 외계행성들보다 더 붉은색을 띠고 있어 독특한 대기 특성을 가진 것으로 추정돼왔다며, 이 시스템은 JWST 이전에도 여러 망원경으로 관측됐지만 성능 등의 문제로 정밀 관측은 불가능했다고 지적했다.

이들은 이 연구에서 JWST에 탑재된 분광 관측 장비를 이용해 YSES-1 주변의 거대한 가스형 외계행성 YSES-1b와 c 스펙트럼을 직접 관측해 분석했다.

연구팀은 태양계 밖의 젊은 거대 행성을 중적외선으로 직접 연구하는 것은 JWST 이전에는 불가능했다며 태양형 항성 주위에 거대 가스 행성이 두 개 있는 YSES-1 시스템은 외계행성 초기 진화를 연구할 수 있는 이상적인 천체라고 말했다.

스펙트럼 분석 결과 YSES-1c 대기에 규산염 구름이 있다는 사실이 처음으로 직접 관측을 통해 확인됐다. 또 입자 크기 0.1㎛ 이하로 추정되는 규산염 구름에는 철(Fe)이 포함돼 있어 빗물처럼 행성으로 떨어질 가능성이 있는 것으로 추정됐다.

YSES-1c보다 안쪽에 있는 YSES-1b 주변에서는 행성이나 위성이 만들어질 때 먼지 같은 재료를 공급할 수 있는 행성 주변 원반이 발견됐다.

연구팀은 YSES-1 시스템이 1천760만년밖에 안 됐지만 이 정도 나이면 별을 둘러싼 행성 형성 원반은 사라져야 정상이라며 이 발견은 이런 디스크가 어떻게 그렇게 오래 유지될 수 있는지에 대한 새로운 의문을 제기한다고 말했다.

호크 박사는 "이 연구는 JWST 탑재 장비(NIRSpec)가 YSES-1 주위의 외계행성 2개를 동시에 관측할 수 있을 것이라는 가정하에 JWST 발사 전 계획됐다"며 "지금까지 나온 것 중 가장 상세한 다항성계 데이터를 제공하는 이 결과는 그런 가정이 정확했음을 입증한다"고 말했다.

이어 "YSES-1의 행성들은 서로 너무 멀리 떨어져 있어 현재의 행성 형성 이론으로는 설명하기 어렵다"며 "특히 YSWS-1c 주변의 규산염 구름과 YSES-1b 주변의 원반은 행성 형성과 진화에 대한 미스터리를 더해준다"고 덧붙였다.

◆ 출처 : Nature, Kielan Hoch et al., 'Silicate clouds and a circumplanetary disk in the YSES-1 exoplanet system', https://www.nature.com/articles/s41586-025-09174-w

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