NASA가 제임스 웹(James Webb) 우주 망원경을 통해 우리 태양계 외부의 외계행성 대기에서 이산화탄소의 명확한 증거를 최초로 포착했다고 밝혔다.

Webb 망원경은 다른 우주 망원경보다 더 긴 파장의 빛을 통해 우주를 관찰함으로써 ‘시간의 시작’을 더 자세히 연구할 수 있다. 또한 최초의 은하에서 관찰되지 않은 현상들을 찾고, 현재 별과 행성계가 형성되고 있는 가스구름 내부를 들여다볼 수 있다.

연구진들은 이를 통해 외계행성 연구의 새로운 시대를 열 수 있을 것으로 보고 있다.

외계행성 WASP-39b는 지구에서 700광년 떨어져 있으며 2011년 2월 WASP 프로젝트에 의해 발견된 '뜨거운 목성' 외계행성이다. 2018년 연구를 통해 이 행성 대기에서 뜨거운 물 분자를 발견하고, 상당한 양의 물이 함유 되어있는 것으로 보고 있다.

WASP-39b의 질량은 목성의 약 0.28배이며, 반경은 목성의 약 1.27배이다. 이 외계행성은 호스트 항성인 WASP-39를 4일마다 공전하는 것으로 알려져 있다.

NASA의 연구팀은 WASP-39b의 대기를 관찰하기 위해 망원경의 근적외선 분광기를 사용하여 이산화탄소를 관찰했다.

이번 관찰 연구는 과학연구 커뮤니티에 데이터를 제공하고, 이를 통해 추가 과학적 연구를 진행하기 위한 초기 릴리스 과학 프로그램의 일부이며, 연구 결과는 네이처 저널에 게재되었다.

NASA는 보도 자료를 통해 “WASP-39b와 같은 행성의 대기 구성을 이해하는 것은 행성 형성의 기원과 진화 방법을 밝히는 데 중요하다”고 말했다.

NASA에 따르면 Webb 망원경을 통한 광스펙트럼 연구는 많은 외계행성에 존재할 것으로 예상되는 메탄(Methane), 물(H2O)과 같은 물질과 이산화탄소를 측정하는 데 중요하다고 말했다.

NASA는 과거에도 허블 및 스피처 망원경을 통해 행성 대기에서 수증기, 나트륨 및 칼륨을 발견하기도 했다.

연구 관찰대상이 되는 각각의 가스는 서로 다른 색상 조합을 흡수하기 때문에, 대기가 무엇으로 구성되어 있는지를 알기 위해서는 파장 스펙트럼을 통해 투과된 빛의 밝기에 대한 작은 차이를 조사해야만 한다.

애리조나 주립 대학 지구 및 우주 탐사 학교 부교수 마이크 라인(Mike Line)은 보도 자료를 통해 "이산화탄소 분자는 행성 형성 이야기의 민감한 추적자"라고 말했다.

그는 "이번 이산화탄소 특징을 측정함으로써 이 거대한 가스 행성을 형성하기 위해 얼마나 많은 고체와 가스 물질이 사용되었는지를 알 수 있다"며, "향후 10년 동안 JWST는 다양한 행성에 대해 이 측정을 수행하여 행성이 형성되는 방식과 우리 태양계의 고유성에 대한 통찰력을 제공할 것"이라고 말했다.

제임스 웹 우주망원경 (James Webb Space Telescope)은 노후화된 허블 우주망원경의 뒤를 이은 망원경으로 가시광선 및 적외선 관측 우주 망원경이다.

NASA는 2021년 크리스마스에 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 현재 궤도를 향해 광선을 발사했고, 행성 대기에서 관찰을 통해 나타난 스펙트럼에는 4.1~4.6미크론 사이의 작은 광선 언덕을 찾아냈다. 

캘리포니아 대학 산타클로스의 천문학 및 천체 물리학 교수 나탈리 바탈하(Natalie Batalha)는 CNN과의 인터뷰에서  "이번 관찰은 이산화탄소의 명확한 신호"라고 말했다. 또한 "허블과 스피처를 통해 이 행성을 이전에 관찰한 결과 이산화탄소가 존재할 수 있다는 힌트를 얻을 수 있었다."며,  "JWST의 데이터는 명백히 이산화탄소의 특징을 보여주었고, 이는 우리에게 거의 소리를 지르게 할 정도로 두드러졌다."고 말했다.

존스 홉킨스(Johns Hopkins) 대학의 모튼 K. 블라우스타인(Morton K. Blaustein) 지구 및 행성 과학부 대학원생 자파르 루스탐쿨로프(Zafar Rustamkulov)는 "데이터가 화면에 나타나자마자 이산화탄소에 사로잡혔다"며 "외계행성 과학의 중요한 문턱을 넘은 특별한 순간이었다."고 말했다.