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- 불과 100광년 떨어진 곳에 생명 친화적인 물 행성이 있을 수 있다.
- 외계행성 TOI-1452b는 지구 크기의 약 1.6배
- 약 50도의 온화한 온도 액체로 추정

생명체 거주 가능 지역에서 발견된 물의 행성
근처 슈퍼 지구는 액체 상태의 바다로 덮일 수 있다.

우리에게서 불과 100광년 떨어진 곳에 생명 친화적인 물 행성이 있을 수 있다.
슈퍼 지구는 바다로 완전히 덮여 있다. 쌍성계에서 두 개의 왜성 중 하나를 공전하는 외계행성 TOI-1452b는 지구 크기의 약 1.6배라고 천문학자들은 보고했다. 그것의 낮은 밀도는 이 행성이 거의 30%가 물일 수 있음을 시사한다. 이것은 약 50도의 온화한 온도에서 액체여야 한다. 

▲ 이것이 물 행성 TOI-1452b의 모습이다. 우리에게서 불과 100광년 떨어져 있다. © Benoit Gougeon / 몬트리올 대학교

지금까지 발견된 알려진 외계행성 대부분은 지구와 같은 암석 행성이나 거대한 가스 행성이다. 그러나 천문학자들은 아직 알려지지 않은 많은 물 세계가 슈퍼 지구와 미니 해왕성 사이에 숨겨져 있을 수 있다고 생각한다. 전 지구적 바다를 가진 그러한 행성은 암석 행성보다 훨씬 더 흔하고 거주 가능하다. 그러한 물 행성의 첫 번째 잠재적 대표자가 GJ1214b와 근처의 슈퍼 지구 K2-18b이다.

TOI-1452에 행성이 있을까?

몬트리올 대학의 Charles Cadieux와 함께 일하는 천문학자들은 근처의 또 다른 물 세계를 발견했다. 이에 대한 추진력은 나사 우주 망원경 TESS의 데이터에 의해 제공됐다. 이 데이터는 약 100광년 떨어진 용자리에서 쌍성계의 눈에 띄는 밝기 변동을 감지했다. 11.1일마다 두 개의 왜성 TOI-1452의 빛 TIC 420112589는 짧은 시간 동안 약해졌다. 그러한 주기적인 그림자는 종종 별 앞의 행성이 지나가는 통과의 표시다.

이를 확인하기 위해 천문학자들은 퀘벡의 Mont Megantic Observatory(OMM) 망원경과 Mauna Kea에 있는 Canada-France-Hawaii Telescope의 고해상도 SPIRou 분광기를 사용하여 쌍성계를 연구했다. "OMM은 이 신호의 특성을 확인하는 데 중요한 역할을 했다"라고 Cadieux는 설명했다. 데이터에 따르면 시스템의 약간 더 큰 별인 TOI-1452는 실제로 행성에 의해 공전하고 있다.

▲ Keck II/NIRC2의 TOI-1452 K-band 5σ 대비 곡선 적응 광학 이미징. 가까운 동료가 감지되지 않았다. (출처: 관련논문 TOI-1452 b: SPIRou and TESS Reveal a Super-Earth in a Temperate Orbit Transiting an M4 Dwarf)

놀랍도록 낮은 밀도의 슈퍼 지구

스펙트럼 데이터를 분석한 결과 TOI-1452b로 명명된 외계행성은 지구보다 1.6배, 질량은 4.8배 더 큰 초지구라는 사실이 밝혀졌다. 그러나 흥미로운 점은 천문학자들이 보고한 바와 같이 이 크기의 행성에서 생성된 밀도가 입방 센티미터당 5.6g으로 이례적으로 낮다. 철심과 두꺼운 암석 껍질을 가진 고전적인 슈퍼 지구는 더 높은 밀도를 가져야 한다.

Cadieux와 그의 팀은 이에 대한 세 가지 설명이 가능하다고 본다.
TOI-1452b는 해양 행성일 수 있다. 또는 철심이 없고 거의 전체가 암석으로 이루어져 있다. 또는 행성의 크기가 지구 크기에 불과하고 얇지만 광범위한 대기를 가지고 있다. 천문학자들이 설명하듯이, 엄마별에 철이 포함되어 있기 때문에 철핵이 없을 가능성은 거의 없다. 연구팀은 "별에 비해 철이 부족한 행성을 만드는 것은 어렵다"고 말했다. 그것은 현재의 행성 형성 모델과 모순된다.

가스가 풍부한 지구 쌍둥이 또는 물 세계?

따라서 천문학자들이 설명하는 것처럼 TOI-1452b의 낮은 밀도는 물이나 수소의 비율이 높기 때문일 가능성이 훨씬 더 크다. 행성은 물의 세계이거나 대기가 많은 암석 행성이다. 슈퍼 지구의 온도는 비교적 온화한 50도이기 때문에 Cadieux와 그의 팀은 물 행성일 가능성이 더 높다고 생각한다.

Cadieux는 "TOI-1452b는 우리가 지금까지 본 물 행성의 가장 좋은 후보 중 하나다"라고 말했다. 천문학자들의 계산에 따르면, 그 물 함량은 약 30%로 지구 전체에 걸친 깊은 바다에 충분하다. 비교를 한다면 지구의 4분의 3이 바다로 덮여 있지만 총 수분 함량은 1%에 불과하다. 따라서 TOI-1452b의 바다는 지구보다 훨씬 더 깊어야 한다.

▲ 다른 모델에 따른 TOI-1452b의 Fe/Mg 분포 가정을 호스트 별(검은색)과 비교. 사후 확률을 끌어내기 위한 밀도 추정. APOGEE 데이터베이스의 Fe/Mg의 M 왜성 분포(회색 히스토그램, ~1000의 샘플 크기; Majewski et al. 2016년; Ahumadaet al. 2020) (출처: 관련논문)

James Webb 망원경은 선명도를 가져올 수 있다.

확인된다면, 불과 100광년 떨어진 외계행성은 풍부한 액체 상태의 물과 생명체의 출현에 유리한 거주 조건을 제공할 수 있다. James Webb 우주 망원경은 TOI-1452b가 실제로 물의 세계인지 여부를 곧 알아낼 것이다. 고해상도 적외선 분광기는 외계 행성과 그 대기의 구성을 명확히 하는 데 완벽하게 적합하기 때문이다.

따라서 천문학자 팀은 James Webb 망원경에서 더 관찰하기 위해 기다리고 있다. Cadieux의 동료인 René Doyon은 "Webb 망원경으로 관측한 것은 TOI-1452b를 더 잘 이해하는 데 필수적일 것이다”라고 말했다.
(The Astronomical Journal, 2022; doi: 10.3847/1538-3881/ac7cea)
출처: Université de Montréal

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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