SPHEREx 망원경은 가까운 갈색왜성 37개의 관측 자료를 분석해 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄이 풍부한 대기를 발견했다. 적색 및 적외선 파장에 대한 폭넓은 관측 범위를 통해 이전에는 상세히 조사되지 않았던 수천 개의 갈색왜성을 연구할 수 있게 됐다.
NASA의 SPHEREx 우주망원경이 별과 거대 행성의 중간에 해당하는 특성을 지닌 천체인 갈색왜성 대기의 화학적 세부 사항을 밝혀냈다. The Astrophysical Journal에 발표된 연구 결과는 이 천체들의 대기에서 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄이 발견됐으며, 갈색왜성마다 뚜렷한 차이가 있음을 보여줬다.
갈색왜성은 별처럼 가스 구름의 붕괴로 형성되지만, 중심핵에서 수소 핵융합을 지속할 만큼 충분한 질량을 갖고 있지 않다. 따라서 이들은 희미하게 빛나는 따뜻한 천체로 남으며, 반드시 별 주위를 돌거나 별에서 열을 얻는 것은 아니다. 목성과 토성의 일부 특성을 공유하지만, 대부분의 행성과 달리 우주 공간을 자유롭게 움직이는 천체라는 점에서 다르다.
넓은 온도 범위를 포괄하는 스펙트럼
연구진은 약 2200도에서 영하 20도까지 넓은 온도 범위를 포괄하는 가까운 갈색왜성 37개의 데이터를 분석했다. SPHEREx는 짙은 가시 적색에서 보이지 않는 적외선까지 102개의 서로 다른 색으로 천체의 밝기를 관측한다. 그 결과 대기에 존재하는 분자를 드러내는 스펙트럼 지문이 생성된다.
이러한 분자들은 우주로 방출되는 빛에서 특징적인 흡수 패턴을 보인다. 갈색왜성이 나이를 먹고 온도가 낮아짐에 따라 패턴도 변한다. 또한 연구팀은 짙은 구름이 줄어들어 메탄이 더 풍부한 대기가 드러나는 단계를 거치는 천체들도 관측했다.
SPHEREx가 추가하는 것은 무엇인가?
우주망원경을 이용해 상세히 연구된 갈색왜성은 지금까지 극히 일부에 불과했다. 반면 2025년 3월 발사된 SPHEREx는 짙은 적색광과 적외선 범위에서 수천 개의 갈색왜성을 촬영할 수 있는 스펙트럼 관측 범위를 갖추고 있다. 이러한 파장 중 일부는 지구 대기가 흡수하기 때문에 지상에서는 관측하기 어렵다.
이번 연구는 망원경이 수행하는 전천 탐사의 부차적인 임무로 진행됐다. SPHEREx는 하늘 지도를 구축하기 위해 매일 약 3600장의 고유한 이미지를 촬영하며, 은하 분포와 초기 우주의 역사, 생명의 화학적 성분 및 성간 얼음 탐색과 관련된 주요 목표도 수행한다.
과학적 가치와 한계
연구 결과는 현재의 모델이 전반적인 화학적 경향을 표현하는 데는 성공하지만, 구름이 변화하는 단계의 데이터를 일치시키는 데에는 여전히 어려움을 겪고 있음을 보여준다. 온도가 비슷한 천체들 사이에서도 스펙트럼이 다르게 나타난다는 사실은 갈색왜성의 날씨와 화학적 진화에 대한 이해가 아직 완전하지 않음을 시사한다.
처음 분석된 수십 개의 천체는 더 광범위한 연구 프로그램의 시작에 해당하며, 과학자들은 수천 개의 추가 천체를 연구하고 있다. SPHEREx 데이터는 과학자와 대중에게 무료로 제공되므로, 거대 행성과 유사하지만 모항성과 연결되지 않은 천체들의 이국적인 대기를 연구할 수 있는 기반이 확대된다.