제임스웹, 초고온 해왕성형 행성 LTT 9779 b에서 구름과 낮은 종단선 온도 확인
연구진이 제임스웹 우주망원경(JWST)의 NIRISS/SOSS 재처리 데이터와 NIRSpec/G395H 데이터를 결합해 0.63~5.165μm 전 파장 대역의 LTT 9779 b 투과 스펙트럼을 제시했다. 대기 역추정(retrieval) 결과 스펙트럼 특징이 뚜렷하지 않게 억제돼 있어 구름의 존재와 낮은 종단선(terminator) 온도(자유 화학 모델에서 약 560K, 평형 화학 모델에서 약 910~950K)와 부합했으며, 대기 금속함량은 온도와 구름 분포에 따라 폭넓은 범위를 보였다. 순방향 모델링에서는 구름이 존재할 경우 서브마이크론 크기의 작은 입자, 중간~높은 침강 효율(f_sed = 1~3), 낮은 입자 기둥밀도, 높은 에디 확산계수(k_zz ≥ 10^10 cm²/s)가 선호되는 것으로 나타났다. 연구진은 구름의 조성을 확정하고 구름-금속함량 축퇴를 풀려면 중적외선에서 규산염 구름 흡수 특징을 관측할 필요가 있다고 밝혔다.
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MOCSS: 제임스웹 우주망원경(JWST) NIRSpec 무슬릿 분광을 위한 다중천체 코로나그래피 기법
연구진은 제임스웹 우주망원경(JWST)의 NIRSpec 마이크로셔터를 거의 전부 열고 밝은 천체에 해당하는 셔터만 닫는 방식의 실험적 관측 기법 'MOCSS(Multi-Object Coronagraphy for Slitless Spectroscopy)'를 제시했다. 허블 울트라 딥 필드(HUDF)를 대상으로 G140M/F100LP 모드 관측을 수행해 표적 사전 선정 없이 적색편이 1.3<z<4.6 구간의 다중 방출선 천체 22개를 확보했으며, 이 가운데 18개는 처음으로 분광 적색편이가 측정됐다. 또한 이 관측 모드의 1차 분산 흔적이 명목상 적색 차단 파장인 약 1.89μm를 넘어 최대 2.94μm까지 이어진다는 점을 확인했다. 연구진은 비슷한 노출 시간의 기존 NIRISS WFSS 관측과 비교해 MOCSS가 파장 공백 없이 1~2μm 전 구간을 덮으면서 매우 어두운 방출선까지 관측할 수 있다고 밝혔다.
arXiv astro-ph.GA (은하)
JWST로 TRAPPIST-1c 관측… 별 오염 보정 후에도 이산화탄소 대기 신호 없음
늦은 M형 왜성을 도는 암석형 행성의 투과 분광 관측은 광자 잡음보다 항성 오염(stellar contamination)에 의해 제한되는데, 연구진은 관측 시점마다 가우시안 프로세스로 시간에 따라 변하는 항성 오염을 처리하고 모든 통과(transit) 관측을 동시에 맞추는 분석 틀을 제시했다. 대기가 없는 자매 행성 TRAPPIST-1b의 아카이브 JWST/PRISM 통과 관측 17건과 주입-회수 시험으로 보정한 결과, TRAPPIST-1c의 JWST/NIRSpec PRISM 통과 관측 4건에서 검출 한계는 중간(강한) 증거 기준 146(171)ppm으로, 항성 오염이 없을 경우의 96ppm과 비교된다. TRAPPIST-1c는 CO₂·H₂O·CH₄ 세 분자 모두에 대해 특징 없는 무대기 기준선과 일치하며, CO₂ 형태 신호의 95% 상한 90ppm은 평형온도에서 맑고 등온인 순수 CO₂ 대기(0.1bar 이상)와 CO₂ 1%를 포함한 질소 우세 대기(1bar 이상)를 사실상 배제한다. TRAPPIST-1b 통과 관측 2~10건을 이용한 경험적 스케일링에서 CO₂ 검출 한계는 통과 횟수 k에 따라 k^-0.6로 감소해 10회에서 80ppm에 이르지만, 물 탐색은 약 6회를 넘어서면 +55±34ppm의 항성 바닥값에 제한된다.
arXiv astro-ph.EP (행성계)
JWST로 관측한 M왜성 준해왕성, '하이브리드 행성'이 가장 흔한 유형
M왜성을 도는 준해왕성(sub-Neptune)은 보통 원시 수소 대기를 두른 암석 핵이거나 물-얼음선 너머에서 형성된 휘발성 물질이 풍부한 천체 중 하나로 분류돼 왔으나, 연구진은 JWST 스펙트럼으로 대기 평균분자량(μ)이 제약된 M왜성 준해왕성 8개를 분석해 이 이분법이 성립하지 않는다고 밝혔다. 8개 중 4개는 μ가 3.8~18amu 범위로 원시 수소 대기도, 50% 얼음 내부를 가리키는 값도 아니었고 1개만이 엄밀한 의미의 물 행성이었으며, 분자 특징이 검출돼 μ가 구해진 천체 가운데 '가스 왜성' 범주에 드는 사례는 하나도 없었다. 연구진은 이 중간 성격의 천체를 '하이브리드 월드(hybrid worlds)'로 명명했으며, 투과 분광 관측에 유리한 대상이 선택되는 경향은 오히려 팽창된 저-μ 대기를 과대 대표하게 하므로 관측 선택 효과가 이 결과를 약화시키는 방향으로 작용한다고 지적했다.
arXiv astro-ph.EP (행성계)
제임스웹, 스타더스트 탐사 대상 혜성 81P/빌트 2에서 다환방향족탄화수소(PAH) 검출
연구진은 2023년 3월 20일과 24일(UT) 태양으로부터 1.85 au 거리에 있던 혜성 81P/빌트 2(81P/Wild 2)를 제임스웹 우주망원경(JWST)의 NIRSpec·MIRI 적분시야유닛 분광기로 관측했다. 코마 휘발성 물질의 분자 방출과 핵·먼지 입자의 열복사 모델을 뺀 잔차 스펙트럼에서 3.37μm 부근과 6~12μm 영역의 여러 공명선이 나타나, 코마에 다환방향족탄화수소(PAH)가 존재한다는 강력한 증거가 확보됐다. 연구진은 이 PAH 조성이 확산성 성간매질과 성간매질, 원시행성계 원반에서 물려받아 혜성 핵에 포함된 물질을 반영한다고 밝혔으며, 이를 스타더스트(Stardust) 미션 귀환 시료의 실험실 분석 결과와 비교했다. 태양계 천체에 대한 JWST 원격탐사 분광과 귀환 시료의 지상 분석을 비교한 첫 사례다.
arXiv astro-ph.EP (행성계)