제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 중적외선 장비(MIRI)를 사용하여, 전 MPIA 박사과정 학생인 Sebastian Zieba(현재 하버드 & 스미소니언)와 MPIA 소장 Laura Kreidberg가 이끄는 국제 팀이 암석 외계행성 LHS 3844 b의 표면 구성을 들여다보았습니다. 일반적인 대기 연구를 넘어, 이 연구는 다른 별을 도는 행성의 지질학을 파고듭니다. 왜 우리 태양계만 재미를 독점해야 하겠습니까? 연구 결과는 Nature Astronomy에 게재되었습니다.

LHS 3844 b는 지구보다 약 30% 더 큰 암석 세계로, 차가운 적색 왜성을 11시간도 안 되어 공전합니다. 별에 매우 가깝게 공전하며(표면 위 약 세 개의 별 직경 거리), 조석 고정되어 한쪽은 영원히 별을 향하고 다른 쪽은 영원한 어둠 속에서 삐죽거립니다. 낮 쪽의 평균 온도는 약 1000켈빈(약 725°C 또는 1340°F)입니다. 이 시스템은 비교적 가까운 48.5광년(14.9파섹) 떨어져 있습니다.

"JWST의 놀라운 감도 덕분에, 우리는 이 먼 암석 행성의 표면에서 직접 오는 빛을 감지할 수 있습니다,"라고 Kreidberg가 말했습니다. "우리는 어둡고 뜨겁고 황량한 바위를 봅니다. 대기는 전혀 없습니다." 따라서 휴양지는 아닙니다.

어두운 외관은 이 행성이 거대한 달이나 수성과 비슷할 수 있음을 시사합니다. 이 결론은 행성의 뜨거운 낮 쪽에서 방출되는 적외선 복사를 분석하여 얻어졌습니다. 과학자들은 행성을 직접 이미지화할 수 없습니다. 대신, 행성이 공전함에 따라 별과 행성의 결합된 빛에서 미세한 밝기 변화를 측정합니다.

MIRI는 5~12마이크로미터 사이의 적외선 방출을 조사하여 빛을 더 작은 파장 간격으로 분할하여 스펙트럼을 생성했습니다. 이는 본질적으로 빛이 어떻게 분포되는지 보여주는 무지개입니다. 스피처 우주 망원경의 이전 데이터가 분석을 강화했습니다.

팀은 관측 결과를 컴퓨터 모델 및 지구, 달, 화성의 알려진 암석 라이브러리와 비교했습니다. 이 비교는 LHS 3844 b에 지구와 같은 지각이 없음을 보여주었습니다. 지구의 지각은 일반적으로 화강암과 같은 규산염 광물이 풍부합니다. 이는 놀라운 일이 아닙니다. 지구는 그러한 지각을 가진 태양계에서 유일한 행성이기 때문입니다. 지구에서 규산염이 풍부한 지각은 장기적인 지각 활동과 물을 통해 형성되며, 암석의 반복적인 용융과 재활용을 포함합니다.

"LHS 3844 b가 그러한 규산염 지각을 가지고 있지 않기 때문에, 지구형 판 구조론이 이 행성에 적용되지 않거나 비효율적이라고 결론지을 수 있습니다,"라고 Zieba가 말했습니다. "이 행성은 아마도 물이 거의 없을 것입니다."

화강암 대신, 데이터는 현무암이나 맨틀과 유사한 암석으로 구성된 표면을 가리킵니다. 이는 지구나 달에서 발견되는 화산 물질과 유사합니다. 연구자들은 고체 현무암 또는 마그마 암석의 넓은 영역이 데이터와 가장 잘 일치한다는 것을 발견했습니다. 이 암석들은 마그네슘과 철이 풍부하며 감람석을 포함할 수 있습니다. 자갈과 같은 부서진 암석 조각도 상당히 잘 맞지만, 미세 분말이나 먼지만으로는 일치하지 않습니다. 너무 밝을 것이기 때문입니다.

대기가 없어 보호받지 못하는 이 행성은 지속적으로 강력한 복사와 운석 충돌에 노출됩니다. 이러한 과정은 암석을 분해하고 표면을 변화시킵니다.

"이러한 과정은 단단한 암석을 달에서 발견되는 미세한 입자나 분말의 층인 레골리스로 천천히 분해할 뿐만 아니라,"라고 Zieba는 설명했습니다. "철과 탄소를 추가하여 층을 어둡게 만들어 레골리스의 특성이 관측과 더 일치하게 만듭니다."

데이터는 두 가지 가능한 시나리오를 지지합니다. 첫째: 비교적 신선한 고체 현무암이 지배하는 풍경으로, 광범위한 화산 활동과 같은 최근의 지질 활동을 시사합니다. 둘째: 장기간의 우주 풍화 작용으로 형성된 어두운 표면으로, 달이나 수성과 유사한 넓은 어두운 레골리스 층을 생성합니다. 이는 행성이 오랫동안 지질학적으로 비활성 상태였음을 의미합니다.

이 가능성들은 주로 행성이 여전히 활동적인지 여부에서 다릅니다. 지구에서 화산 과정은 이산화황(SO2)과 같은 가스를 방출합니다. LHS 3844 b가 현재 활동 중이라면 MIRI가 이 가스를 감지했을 것입니다. 그러한 신호는 발견되지 않았습니다.