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제임스웹우주망원경으로 관측한 이미지와 유럽남방천문대(ESO)의 초거대 망원경(VLT)의 이미지를 활용해 만든 외계항성 ‘TWA 7’ 주위 원반 이미지. 네모난 표시에 목성 질량 30% 크기의 외계행성 ‘TWA 7b’가 있다. 사진 출처 JWST/ESO/라그랑주

역대 최고의 적외선 관측 능력을 자랑하는 제임스웹우주망원경(JWST)이 처음으로 외계 행성을 직접 발견하고 촬영하는 데 성공했다. 지금까지 우주망원경이 촬영한 외계행성 중 가장 가벼운 질량의 행성이다. JWST는 그동안 기존에 알려진 외계행성의 대기 특성 등을 새롭게 밝히는 데 기여해왔다.

이번에는 직접 새로운 외계 행성을 발견하면서 JWST가 생명체 존재 가능성이 높은 '지구형 행성'을 발견할 수 있는 외계행성 탐사 게임 체인저로 떠올랐다. 지구와 크기가 비슷하고 암석으로 이뤄진 지구형 행성은 가스로 이뤄진 가스형 행성에 비해 생명체가 존재할 가능성이 높다고 알려진다. 

프랑스 국립과학연구센터(CNRS), 프랑스 그르노블알프스대 공동연구팀은 JWST를 이용해 외계행성 'TWA 7b'를 처음 발견하고 직접 촬영한 결과를 25일(현지시간) 국제학술지 네이처에 발표했다. 

● JWST, 우주에서 오는 중적외선 관측 성능 뽐내

연구팀은 JWST로 약 640만 년 전 외계에 형성된 어린 별 'TWA 7' 주위의 원반을 관측하다가 외계행성 TWA 7b를 발견했다. 어린 별의 원반에는 보통 새로 만들어지는 행성이 숨어 있는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 원반을 이루는 3개의 고리 구조를 발견하고 JWST로 고리 구조를 촬영했다. 촬영한 이미지에서 폭이 좁고 주변이 비어 있는 한 고리에서 행성처럼 보이는 천체를 발견하고 TWA 7b라고 이름 붙였다. 

이번 외계행성 TWA 7b 발견에는 JWST의 중적외선 관측 장비 '미리(MIRI, Mid-Infrared Instrument)'가 큰 역할을 했다. 약 5~28마이크로미터(μm, 100만분의 1미터) 파장의 중적외선을 감지할 수 있는 미리는 외계행성처럼 차갑고 희미한 천체의 열을 감지하는 데 탁월한 장비다. 

특히 미리 내부에 장착된 '코로나그래프'의 큰 도움을 받았다. 코로나그래프는 주변 별빛을 차단하는 특수 장비다. 마치 일식이 일어나는 상황처럼 밝은 빛을 차단해 주변의 어두운 물체를 볼 수 있게 해준다. 연구팀은 미리를 통해 TWA 7b를 감지하고 코로나그래프를 이용해 TWA 7b를 직접 촬영할 수 있게 된 것이다. 

연구팀은 TWA 7b가 태양계 천체가 아닌 외계행성이라고 확신했다. 연구팀은 "2시간 동안 행성의 위치가 변하지 않았기 때문에 태양계 천체가 아닐 것으로 추정한다"며 "TWA 7b가 외계행성임을 가정하고 시뮬레이션을 진행한 결과가 행성 주변의 고리 구조 형태, 행성의 밀도 등 실제 관측 데이터와 들어맞았다"고 설명했다. 

● JWST, 행성 직접 관측 촬영 성공
이번 연구결과는 JWST가 직접 외계행성을 발견하고 이미지를 촬영했다는 점에서 의미가 크다. 행성 대다수는 행성의 주변 빛이나 움직임을 통해 간접적으로 존재가 추정된다. 연구팀이 활용한 방식으로 추가로 외계행성을 직접 찾아내고 관측, 촬영해 특성을 확인할 수 있을 것으로 기대된다. 행성의 물리적 특성을 직접 분석할 수 있고 행성이 어떻게 형성되고 진화하는지 파악하는 데 실마리를 얻을 수 있다. 

TWA 7b는 JWST가 직접 촬영한 외계행성 중 가장 가벼운 행성이다. 토성과 크기가 비슷한 TWA 7b 질량은 목성 질량의 30%다. 행성의 질량을 판단하는 기준으로 사용되는 목성 질량은 1.898×10²⁷kg로 지구 질량의 약 318배다. 기존에는 목성 질량의 5~13배인 외계행성이 확인됐다. 학계에서는 JWST가 생명체가 있을 가능성이 높은 지구형 행성을 직접 관측할 가능성이 열렸다고 평가하고 있다. 

지구형행성은 표면이 고체로 구성돼 있으며 구성성분이 암석이고 지구 질량의 약 10~200%인 행성을 가리킨다. 물이 고체 표면 위에 존재할 수 있어 지구형행성은 생명체  탐색의 1순위 대상이다. 연구팀은 "JWST를 이용해 목성 질량의 10%에 불과한 행성의 이미지를 촬영하기 위해 노력할 것"이라고 말했다. 

[이채린 기자 rini113@donga.com]

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