제임스 웨브, 타지도 얼지도 않는 거대 행성에서 메탄을 찾다

토성만 한 행성이 섭씨 약 79도라는, 거의 익숙한 온도를 유지하고 있다. 제임스 웨브 우주망원경은 그 대기를 통과해 오는 빛을 분해해 메탄을 찾아냈고, 암모니아와 이산화탄소의 더 희미한 신호도 잡았다. 거대 행성은 보통 양극단에서 사는데 이 행성은 그러기를 거부한다는 점이 중요하다.

우리가 잘 아는 가스 거대 행성은 두 진영으로 나뉜다. 우리 태양계에서 목성과 토성은 태양에서 멀리 돌며 혹독하게 차갑다. 그 바깥에서 가장 연구하기 쉬운 것은 이른바 뜨거운 목성으로, 별에 너무 가까이 붙어 대기가 수천 도로 빛나는 세계다. TOI-199b는 어느 쪽에도 속하지 않는다. 330광년 넘게 떨어진 별을 약 백 일에 한 번 도는데, 온화함을 유지할 만큼 충분히 멀다.

바로 그 궤도가 핵심이다. 굽지도 얼지도 않는 세계는 극단적인 행성이 부수거나 감추는 화학을 대기 속에 간직한다. 특히 메탄은 뜨거운 목성의 열기 속에서 찢겨 나가기 쉽다. 그것을 온전한 상태로 여기서 찾았다는 것은, 별이 익히지 않을 때 거대 행성의 대기가 실제로 무엇을 담고 있는지를 들여다보는 드문 기회다.

이 측정은 행성이 별 앞을 지나가는 모습을 지켜보면서 얻었다. 통과하는 동안 별빛 한 줄기가 대기 상층을 지나고, 그곳의 기체가 그 빛에 지문을 새긴다. 웨브는 빛을 파장별로 갈라 높은 신뢰도로 메탄을 알아냈다. 암모니아와 이산화탄소도 훨씬 희미하게 나타났다.

이 결과는 최초의 사례다. 온화한 거대 행성은 애초에 한 줌밖에 알려지지 않았고, 그중 어느 것도 대기를 이만큼 자세히 살펴본 적이 없었다. 그 대기의 조성은 행성이 어떻게, 어디서 만들어졌는지를 적은 기록이다. 별 가까이에서 기체를 모았는지 멀리서 모아 시간이 지나며 안쪽으로 옮겨 왔는지를 말해 준다.

사건은 아직 끝나지 않았다. 메탄은 확실하지만 암모니아와 이산화탄소는 확인된 성분이 아니라 단서에 머물고, 각 기체의 비율은 아직 모른다. 한 차례의 통과 측정은 대기의 바깥 껍질만 표본으로 삼을 뿐 깊은 곳에는 닿지 못하며, 행성 하나가 한 부류 전체를 대신할 수도 없다. 연구진 스스로 메탄을 확고한 결과로, 나머지는 계속 지켜볼 이유로 본다.

분석은 펜실베이니아 주립대의 런유 후가 이끌고 NASA 제트추진연구소의 에런 벨로아루페가 공동 주도한 팀에서 나왔으며, 5월 말 The Astronomical Journal에 실렸다. 연구진은 이제 웨브를 다른 온화한 거대 행성들로 돌려 TOI-199b의 화학이 흔한지 특이한지를 알아볼 계획이다. 우리 태양계가 끝내 짓지 않은 세계들의 작은 목록이 시작되는 셈이다.