JWST, 외계행성 WASP-39b에서 '반중수(HDO)' 감지…물의 기원을 밝힐 단서

예상보다 높은 중수소 농도

연구진은 이 신호를 분석해 WASP-39b 대기 중 물의 중수소 대 수소 비율(D/H 비율) 이 4.0 +1.3 −1.1 × 10⁻³ 임을 계산해냈습니다. 이数值는 우리 태양계의 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 같은 가스행성에서 측정된 값보다 현저히 높은 수준입니다. 오히려 일부 원시별(protostellar) 환경이나 태양계 내부 천체에서 보고된 값과 수치적으로 겹칩니다.

중수소 농축의 두 가지 설명

논문은 이렇게 높은 중수소 농도를 설명하는 두 가지 시나리오를 제시합니다:

1. 차가운 지역에서의 형성 (눈선 너머)
WASP-39b가 별에서 매우 먼 외곽부, 즉 물이 얼음으로 응결되는 '눈선(snow line)' 너머의 차가운 원시 행성계 원반에서 형성되었을 가능성입니다. 추운 지역에서는 중수소가 풍부한 물 얼음이 우선적으로 응축돼 행성의 구성 물질에 포함됩니다. 이후 행성이 안쪽으로 이동해 현재의 궤도에 자리 잡았고, 이 과정에서 원시적인 중수소 농축 신호를 그대로 보존했다는 설명입니다.

2. 대기 중 동위원소 진화
또 다른 가능성은 행성 대기 내에서 오랜 시간에 걸쳐 일어난 화학적 과정입니다. 상층 대기에서의 광화학 반응과 수직 혼합, 그리고 가벼운 수소가 우주 공간으로选择性적으로 빠져나가는 과정이 결합되면서, 상대적으로 무거운 중수소의 비율이 점진적으로 증가했다는 설명입니다.

생명체 거주 가능 행성 탐색의 '개념 증명'

중요한 점은 WASP-39b가 생명체가 살 수 없는 뜨거운 가스행성이라는 사실입니다. 하지만 이번 발견은 앞으로의 외계행성 연구에 중요한 이정표가 됩니다.

HDO를 감지하고 D/H 비율을 측정하는 이 방법은 가스행성에만 국한되지 않습니다. D/H 비율은 행성의 물의 기원과 역사를 추적하는 강력한 지표입니다. 실제로 지구의 경우, 해수의 D/H 비율 분석을 통해 지구의 물이 소행성에서 왔는지, 혜성에서 왔는지 등을 구별하는 중요한 단서를 얻었습니다.

앞으로 이와 동일한 기술을 온대 기후의 암석형 외계행성에 적용한다면, 천문학자들은 다음과 같은 근본적인 질문에 답할 수 있을 것입니다:

• 물의 기원: 물이 행성계 외곽에서 온 얼음 덩어리에서 왔는가?
• 항성의 영향: 모항성의 복사가 오랜 시간 동안 물을 변화시켰는가?
• 대기 소실: 행성이 가벼운 수소를 많이 잃어버렸는가?

이러한 단서들은 암석 행성이 표면에 액체 상태의 물을 유지하고 생명체를 지탱할 수 있을지 판단하는 데 필수적입니다. 이번 WASP-39b에서의 HDO 감지는 JWST가 이 결정적인 동위원소 신호를 추적할 수 있는 뛰어난 감도를 가지고 있음을 증명했으며, 우리는 태양계 너머 생명체 거주 가능 세계를 식별하는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다.