제임스웹 망원경, 엑소문(exomoon)에 대한 힌트

 

JWST의 메탄 배출과 먼 갈색왜성에서 오로라를 발견한 것은

이 '실패한 별'이 활동하는 달의 궤도를 돌고 있음을 의미할 수도

 

 

제임스 웹 우주 망원경으로 본 갈색왜성과 그 적외선 방출 그림. (이미지 크레디트: NASA, ESA, CSA, 레 후스탁(우주망원경과학연구소)

 

 

천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하여 갈색왜성, 즉 "실패한 별"에서 메탄이 배출된다는 놀라운 사실을 발견했습니다.

 

이 발견은 갈색왜성이 오로라를 특징으로 하며, 심지어 아직 발견되지 않은 엑소문의 궤도를 돌고 있을 수도 있음을 시사한다고 연구자들은 말했습니다.

 

이 춥고 고립된 세계는 메탄이 적외선을 방출할 만큼 충분히 따뜻하지 않을 것으로 예상되기 때문에 JWST의 갈색왜성 발견은 놀랍습니다.

 

이 발견은 12개의 갈색왜성을 조사하는 JWST 프로그램의 결과로 이루어졌습니다. 연구팀은 이 실패한 별들이 지구의 오로라와 남극광, 목성과 토성 상공에서 볼 수 있는 오로라와 유사한 오로라를 생성할 수 있음을 시사합니다. 이 외로운 갈색왜성 근처에 별이 없다는 것은 그 위의 극광이 숨겨진 활성 달에 의해 생성되고 있음을 의미 할 수 있습니다.

 

연구팀은 지구에서 47광년 떨어진 곳에 위치한 차가운 갈색왜성 CWISEP J193518.59-154620.3(W1935)을 조사했습니다. W1935의 질량은 목성의 6~35배로 크지 않지만 표면 온도는 화씨 약 400도(섭씨 204도)로 알려져 있습니다. 이는 초코칩 쿠키(실패한 브라우니?)를 구울 수 있는 온도 정도입니다.

 

미국 자연사 박물관의 팀 리더이자 수석 교육 매니저인 Jackie Faherty는 성명에서 "메탄 가스는 거대 행성과 갈색왜성에서 예상되지만, 일반적으로 빛을 흡수하는 것이 아니라 빛을 발산하는 것을 볼 수 있습니다."라고 말했습니다. "처음에는 우리가 보고 있는 것이 무엇인지 혼란스러웠지만 궁극적으로 그것은 발견에 대한 순수한 흥분으로 바뀌었습니다."

 

 

왜 어떤 별들은 실패할까요?

 

갈색왜성은 별처럼 가스와 먼지가 붕괴하는 구름에서 직접 형성되지만, 핵에서 수소와 헬륨의 핵융합을 일으킬 만큼 질량이 충분하지 않기 때문에 '실패한 별'이라는 불행한 별명을 얻었습니다.

 

이 과정이 주계열성을 정의하는 과정이기 때문에 가장 큰 행성보다 질량이 크지만 가장 작은 별보다 작은 갈색왜성은 기술적으로 이 상태에 도달하는 데 '실패'합니다.

 

파허티와 동료들은 JWST로 여러 갈색왜성을 관찰하던 중 W1935가 비슷하지만 한 가지 흥미로운 차이점이 있다는 것을 발견했습니다: 그것은 이전에 실패한 별 주변에서는 볼 수 없었던 메탄을 방출하고 있었습니다.

 

W1935를 모델링한 결과 이 특별한 갈색왜성은 소위 "온도 반전"을 가지고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이는 행성의 대기가 더 깊어질수록 더 차가워지는 현상입니다. 이것은 대기를 위에서 아래로 가열하는 별 주위를 도는 행성에서 일반적으로 볼 수 있는 현상이지만, 갈색왜성은 고립되어 있고 외부 열원이 없기 때문에 W1935에서는 예상하지 못했던 현상이었습니다.

 

연구팀의 일원이자 하트퍼드셔 대학의 과학자 벤 버닝햄은 성명에서 "모델이 온도 반전을 명확하게 예측했을 때 우리는 놀라움을 금치 못했습니다."라고 말했습니다. "그러나 우리는 그 여분의 대기 상부 열이 어디에서 오는지도 알아내야 했습니다."

 

웹의 근적외선 카메라로 촬영한 목성의 합성 이미지로, 목성의 고리와 두 개의 위성인 아말테아와 아드라스테아를 볼 수 있습니다. 목성의 극 주위의 푸른 빛은 오로라입니다. (이미지 출처: NASA, ESA, CSA, 목성 ERS 팀, 이미지 처리: Ricardo Hueso(UPV/EHU) 및 Judy Schmidt).

 

이 수수께끼를 풀기 위해 연구팀은 태양계의 거대 가스 행성인 목성과 토성을 더 가까이서 살펴봤습니다. 이 두 거대 가스 행성 모두 메탄을 배출하고 있으며, 두 행성 모두 온도 반전을 보여주는 대기를 가지고 있습니다.

 

목성과 토성의 경우 메탄 배출과 온도 반전의 원인은 오로라이며, 파허티와 연구팀은 JWST가 W1935년경에 감지한 것이 바로 오로라라는 결론을 내렸습니다. 가장 큰 의문은 무엇이 W1935에서 오로라를 일으키는가 하는 것입니다.

 

태양으로부터 전하를 띤 입자의 흐름인 태양풍이 목성, 토성, 지구의 오로라를 생성하는 주요 원인이기 때문에 이것이 중요한 문제입니다. 이 하전 입자들은 행성의 자기장에 부딪혀 자기장선을 따라 이동하면서 대기 중의 입자와 상호작용을 합니다. 이로 인해 대기의 상층이 가열되고 행성의 극 근처에서 빛이 방출됩니다. 그러나 항성풍으로 W1935를 폭발시킬 숙주 별이 없기 때문에 이 과정이 외로운 갈색왜성의 오로라를 생성하는 주요 원인이 될 수는 없습니다.

 

그러나 목성과 토성의 오로라에는 활성 위성이 우주로 물질을 뿜어내는 결과 하전 입자가 가스 거인으로 흘러 들어가는 형태의 보조적인 부수적인 동인이 있습니다. 예를 들어 목성의 위성 이오는 태양계에서 가장 화산이 많은 위성으로 용암을 수십 마일 우주로 뿜어내고, 토성의 위성 엔셀라두스는 수증기와 기타 물질이 포함된 간헐천을 우주로 뿜어내며 우주에 닿으면 얼어붙고 끓는 현상을 동시에 일으킵니다.

 

따라서 별이나 별풍이 없는 W1935의 오로라는 갈색왜성이 활동하는 달의 궤도를 돌고 있을 수 있음을 나타냅니다.

 

과학자들이 갈색왜성의 존재를 처음으로 확인하려면 더 많은 증거가 필요합니다. 그때까지 이러한 초기 징후는 2022년 여름에 우주 관측 자료를 지구로 보내기 시작한 이래 JWST가 얼마나 큰 영향력을 발휘했는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

 

"천문학자가 JWST를 통해 천체를 관측할 때마다 새로운 놀라운 발견을 할 가능성이 있습니다."라고 Faherty는 결론을 내립니다. "이 프로젝트를 시작할 당시에는 메탄 배출이 제 레이더에 포착되지 않았지만, 메탄이 존재할 수 있고 그에 대한 설명이 매우 매력적이라는 것을 알게 된 지금, 저는 끊임없이 메탄 배출을 주시하고 있습니다. 이것이 바로 과학이 발전하는 방법의 일부입니다."

 

연구팀의 연구는 4월 17일 Nature 저널에 게재되었습니다.

 

 

 

출처. livescience