천문학자들이 모델을 수정하고 아마도 기대치까지 조정해야 하는 상황에서, 제임스 웹 우주 망원경이 먼 가스 거대 행성에서 물 얼음 구름을 발견했습니다. 막스 플랑크 천문학 연구소(MPIA)의 엘리자베스 매튜스가 주도한 이 발견은 우리가 생각했던 것보다 더 복잡한 목성과 유사한 행성 엡실론 인디 Ab에서 이루어졌습니다.
이는 단순히 외계 행성을 찾는 데서 실제로 이해하는 데로 가는 길고 느린 여정에서 중요한 한 걸음입니다. 1995년부터 2022년경까지 수십 년 동안 게임은 간접적인 방법을 통한 발견에 불과했습니다. 2022년 JWST의 발사는 이를 바꾸어 상세한 대기 연구를 가능하게 했지만, 외계인의 잔디 표지판을 확인하려면 아직 몇 대의 망원경이 더 필요합니다.
주저자 엘리자베스 매튜스가 탁월한 시각으로 말했듯이: "JWST는 마침내 우리가 태양계 유사 행성을 자세히 연구할 수 있게 해줍니다. 만약 우리가 외계인이어서 몇 광년 떨어져 있고 태양을 되돌아보고 있다면, JWST는 우리가 목성을 자세히 연구할 수 있게 해주는 첫 번째 망원경입니다." 물론 함의는 지구를 자세히 연구하려면 우리가 아직 발명하지 않은 기술이 필요하다는 것이며, 이는 아마도 다행일 것입니다.
진정한 목성과 같은 행성을 연구하는 것은 까다로웠는데, 가장 쉬운 방법은 행성이 별 앞을 지나가도록 요구하기 때문에 뜨겁고 가까운 가스 거대 행성에 유리합니다. 매튜스 팀은 JWST의 중적외선 기기 MIRI를 사용하여 엡실론 인디 Ab를 직접 촬영함으로써 이를 극복했습니다. 인디우스 별자리의 별 엡실론 인디 A를 공전하는 이 행성은 질량이 목성의 7.6배이지만 비슷한 직경을 가진 덩치 큰 친구입니다. 이 행성은 태양에서 목성까지의 거리보다 약 4배 더 멀리 약간 더 차가운 별을 공전하여 표면 온도가 200~300 켈빈(-70~+20 °C)입니다. 이는 목성의 140 K보다 따뜻한데, 이는 형성 시 남은 열로 수십억 년에 걸쳐 서서히 사라질 것입니다.
팀은 MIRI의 코로나그래프를 사용하여 별빛을 차단하고 암모니아와 관련된 파장 바로 바깥인 11.3 μm에서 이미지를 캡처했습니다. 이를 2024년 10.6 μm 이미지와 비교함으로써 암모니아 수준을 추정할 수 있었습니다. MPIA가 제작한 하드웨어에 박수를 보냅니다.
놀라운 점? 목성의 상층 대기는 암모니아 가스와 구름이 지배적입니다. 엡실론 인디 Ab에는 많은 암모니아 가스가 있을 것으로 예상되었지만 구름은 예상되지 않았습니다. 대신 관측 결과 예측보다 적은 암모니아가 나타났습니다. 주요 설명은? 지구의 권운 구름과 같은 두껍고 불규칙한 물 얼음 구름이 방해하고 있다는 것입니다.
이는 구름을 시뮬레이션하기 어렵기 때문에 종종 무시하는 컴퓨터 모델을 가진 천문학자들에게 즐거운 문제를 제기합니다. 공동 저자인 텍사스 대학교 오스틴의 제임스 망은 이를 "가지기 좋은 문제"라고 부르며, JWST가 모델이 이제 "잡기 시작하는" 복잡성을 드러내고 있다고 지적했습니다.
미래는 가장 좋은 의미로 흐릿해 보입니다. 2026-2027년에 발사될 NASA의 낸시 그레이스 로만 우주 망원경은 MPIA와 파트너로서 반사성 물 얼음 구름을 직접 탐지하는 데 뛰어날 것입니다. 한편, 매튜스 팀은 다른 차가운 목성 유사체를 연구하기 위해 더 많은 JWST 관측 시간을 찾고 있으며, 궁극적인 목표인 지구와 같은 세계를 연구하고 언젠가 우리가 혼자가 아니라는 징후를 찾는 기초를 구축하고 있습니다.
연구 결과는 E. C. Matthews 외의 Astrophysical Journal Letters에 게재되었습니다. 참여한 MPIA 연구원은 엘리자베스 매튜스와 바베시 라즈푸트이며, 제임스 망과 캐롤린 몰리(텍사스 대학교 오스틴), 아린 카터와 마틸드 말랭(우주 망원경 과학 연구소) 등과 협력했습니다.