웹 망원경, 우주 갈색 왜성의 극한 날씨를 밝혀내다

워싱턴 >> 우리에게 가장 가까운 두 개의 갈색 왜성(행성보다 크지만 별보다 작은 천체)에 대한 날씨 보고가 들어왔습니다. 완곡하게 표현하자면, 엄청나게 더워서 대기에 독성 화학 혼합물이 소용돌이치고 사하라 사막의 먼지 폭풍처럼 규산염 입자 구름이 맴돌고 있습니다.

연구자들은 제임스 웹 우주 망원경 관측을 사용하여 갈색 왜성의 대기 상태에 대한 자세한 조사를 수행했습니다. 구체적으로는 지구에서 약 6광년 떨어진 곳에서 서로를 공전하는 한 쌍의 왜성으로, 우주 기준으로는 매우 가깝습니다. 광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로, 5.9조 마일(9.5조 km)입니다.

웹 데이터는 갈색 왜성의 회전 과정에서 날씨가 어떻게 변하는지에 대한 3차원적 모습을 제공했습니다. 두 개의 갈색 왜성 중 큰 갈색 왜성은 7시간이 걸리고 작은 갈색 왜성은 5시간이 걸렸습니다. 또한 서로 다른 대기 깊이에서 여러 층의 구름이 발견되었습니다.

둘 다 수소와 헬륨이 지배하는 대기를 가지고 있으며, 미량의 수증기, 메탄, 일산화탄소가 있습니다. 구름 꼭대기의 온도는 화씨 1,700도 정도로 촛불 불꽃과 비슷합니다.

에든버러 대학교 천문학 연구소의 천문학자 베스 빌러는 “이 연구에서 우리는 지금까지 갈색 왜성에 대한 가장 자세한 ‘날씨 지도’를 만들었습니다.”라고 말했습니다. 그는 월요일에 과학 저널인 왕립 천문학회 월간 보고에 게재된 연구의 주저자입니다.

갈색 왜성은 별도 행성도 아니지만, 그 중간의 무언가입니다. 그들은 순수한 열 덕분에 스스로 빛을 발산합니다. “불 속의 불씨가 너무 뜨거워서 붉게 빛나는 것처럼요.” 빌러가 말했습니다. 연구원들이 웹과 함께 관찰한 것은 바로 그 빛이었습니다. 별과 달리 갈색 왜성은 핵융합이 핵심에서 일어나지 않습니다.

“행성과 비슷하지만 별과는 달리 갈색 왜성도 대기에 침전물로 구성된 구름을 가질 수 있습니다. 하지만 지구에는 물 구름이 있는 반면, 갈색 왜성의 구름은 훨씬 더 뜨겁고 뜨거운 규산염 입자로 구성되어 있을 가능성이 높습니다. 매우 뜨거운 사하라 사막의 먼지 폭풍과 비슷합니다.” 빌러가 말했습니다.

현재 과학적 사고방식은 갈색 왜성이 별처럼 큰 가스와 먼지 구름에서 형성되지만 핵융합을 점화하기에 충분한 질량이 부족하다는 것입니다. 갈색 왜성의 구성은 우리 태양계에서 가장 큰 행성인 목성과 같은 가스 거대 행성과 비슷합니다. 질량은 목성의 최대 80배입니다. 이에 비해 태양의 질량은 목성의 약 1,000배입니다.

웹이 조사한 두 개의 갈색 왜성은 약 5억 년 전에 형성되었습니다. 각각은 목성과 비슷한 지름을 가지고 있습니다. 하나는 목성보다 35배, 다른 하나는 30배 더 무겁습니다.

웹은 다양한 대기 특성이 시야에 들어오고 나갈 때 빛이 어떻게 달라지는지 알아챘습니다.

빌러는 “두 물체의 빠른 회전은 날씨 패턴을 결정하는 데 도움이 되며, 구름 꼭대기 구조를 직접 볼 수 있다면 목성에서와 마찬가지로 대적반과 같은 띠와 소용돌이를 볼 수 있을 것입니다.”라고 말했습니다.

빌러는 우리 태양계 너머의 행성을 언급하며 “미래에는 유사한 기술을 사용하여 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성의 날씨를 연구할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

갈색 왜성은 비교적 흔합니다. 알려진 외계 행성이 5,000개가 넘는 데 비해 약 1,000개가 알려져 있습니다.

웹 망원경은 주로 적외선 영역에서 우주를 연구하는 반면, 허블 우주 망원경은 주로 광학 및 자외선 파장 영역에서 우주를 연구합니다.

아일랜드 더블린 트리니티 칼리지의 천문학자이자 연구 공동 저자인 요한나 보스는 “갈색 왜성의 대기는 매우 복잡합니다. 웹은 전례 없는 파장 범위와 감도를 제공하여 이러한 대기를 이해하는 우리의 능력에 큰 도약을 제공합니다.”라고 말했습니다.

“이러한 다양한 파장을 통해 우리는 매우 깊은 곳부터 매우 얕은 곳까지 대기를 모니터링하여 대기의 전체 범위를 포괄적으로 살펴볼 수 있습니다.”라고 Vos는 덧붙였습니다.