LHS 1140 b에서 헬륨 유출 관측해 거주 가능 영역 암석 행성의 첫 대기 증거 제시, JWST 네 차례 관측에서는 검출되지 않아

무슨 일인가

콜린 체루빔(Collin Cherubim)이 이끄는 연구진이 2026년 7월 16일 학술지 사이언스(Science)에 LHS 1140 b의 대기에서 헬륨이 빠져나가는 신호를 검출했다는 논문을 발표했다.¹ LHS 1140 b는 약 15파섹 떨어진 저질량 항성의 거주 가능 영역을 도는 암석 행성이다.¹ 하버드 스미소니언 천체물리학센터(CfA)는 이를 거주 가능 영역 암석 행성에서 대기를 확인한 첫 사례로 소개했다.² 카네기 과학연구소(Carnegie Science)에 따르면 이 행성은 2017년에 발견됐고 질량은 지구의 5.6배, 반지름은 약 1.7배, 공전 주기는 24.7일이며 지구가 받는 항성 복사의 42%를 받는다.³

자세히

관측은 칠레 라스 캄파나스 천문대의 마젤란 클레이(Magellan Clay) 망원경에 달린 WINERED 분광기로 이뤄졌다.¹ 연구진은 2024년 9월 23일 6.5시간 동안 관측하며 39분 간격으로 이어진 LHS 1140 b와 LHS 1140 c의 통과를 모두 담았다.¹ LHS 1140 b의 통과 중에는 준안정 헬륨 삼중선의 장파장 쪽에서 1.24(+0.22/-0.23)%의 초과 흡수가 측정됐다.¹ 여기서 추정한 질량 손실률은 항성 분광 템플릿에 따라 초당 약 2.0×10^8g 또는 4.2×10^8g이다.¹ 반면 2025년 9월 29일 통과에서는 헬륨 흡수가 검출되지 않았고, 연구진은 0.6% 이하의 흡수는 검출할 수 없었다며 이를 보수적 상한으로 제시했다.¹

연구진은 헬륨 유출이 항성의 X선과 극자외선이 상층 대기를 가열해 일어난다고 보고, 2025년의 비검출을 시간에 따라 변하는 유출로 해석했다.³ 논문은 활동에 따른 항성 XUV 변동이 변하는 헬륨 흡수를 설명할 수 있다고 적었다.¹ 연구진은 앞선 관측과 진화 모델을 합쳐 상층은 헬륨이 많고 수소는 적으며 물 같은 성분은 더 낮은 고도에 갇힌 층 구조를 추정했다.³ 데이비드 샤르보노(David Charbonneau)는 체루빔이 알려진 행성들을 분석해 이 행성이 헬륨 대기를 가질 것이라고 예측했었다고 말했다.² 더 작고 더 강한 복사를 받는 LHS 1140 c에서는 헬륨 흡수가 검출되지 않았고, 연구진은 두 행성이 대기를 수십억 년 유지하는 행성과 빨리 잃는 행성을 가르는 '우주 해안선(cosmic shoreline)'의 양쪽에 있을 수 있다고 봤다.³

맥락과 왜 중요한가

로빈 워즈워스(Robin Wordsworth)는 거주 가능 영역의 암석 행성이 대기를 지켰는지에 대해 "이제 적어도 하나는 지켰다는 것을 안다"고 말했다.² 다만 CfA는 대기의 전체 조성이 아직 정해지지 않았고 표면 바다 유무도 알 수 없다고 밝혔다.² 앞선 JWST 투과 분광 관측은 구름 없는 수소 위주 대기를 배제했을 뿐 대기 자체를 검출하지는 못했었다.¹

발표 한 달 뒤 독립 분석들이 잇따랐다. 캐서린 베넷(Katherine A. Bennett) 등은 2023년 12월부터 2026년 7월까지 JWST NIRISS/SOSS로 관측한 네 차례 통과에서 헬륨 흡수를 전혀 검출하지 못했고, 지상 관측의 최적 모델을 각 방문에서 3σ 이상으로 기각했다.⁴ 이들은 지상 검출이 허위일 수 있다고 하면서도, 검출 가능한 흡수가 통과의 절반 이하에서만 일어난다면 변동성을 배제할 수 없다고 적었다.⁴ 마이클 라디카(Michael Radica)는 같은 네 차례 자료에서 체루빔 등의 검출과 같은 크기와 폭의 신호가 강하게 배제된다고 봤으나, JWST 관측 중 어느 것도 지상 검출과 같은 시점은 아니었다고 덧붙였다.⁵ 아멜리 그레시에(Amélie Gressier) 등은 LHS 1140 b에 대해 0.72~1.21%의 3σ 상한을 얻었고, 항성의 헬륨 선 자체가 관측 시기마다 달라졌으며 2024년 흡수 깊이가 시상(seeing)과 상관을 보여 기기 효과일 가능성도 있다고 지적했다.⁶

남은 물음

체루빔 등은 9월에 XMM-뉴턴(XMM-Newton) 관측으로 18시간 안에 항성 X선 플럭스가 최대 약 8.5배 변했다고 보고하고, 단기 XUV 변동이나 작은 플레어가 헬륨 변동을 설명할 가능성이 크다며 근적외선 통과와 항성 활동의 동시 관측을 제안했다.⁷ 베넷 등은 앞서 검출된 헬륨 흡수가 지속적이지 않다는 점은 분명하다며, 향후 투과와 방출 분석이 끝날 때까지 이 행성의 정체는 수수께끼로 남는다고 썼다.⁴ 체루빔은 이번 결과가 모델 검증이며 앞으로 이어질 많은 관측의 첫걸음이기를 바란다고 말했다.²

참고한 곳

1. arXiv, Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone - https://arxiv.org/abs/2607.14326 ↩ ↩² ↩³ ↩⁴ ↩⁵ ↩⁶ ↩⁷ ↩⁸ ↩⁹

2. Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, First Atmosphere Detected on a Habitable-Zone Rocky World - https://www.cfa.harvard.edu/index.php/news/first-atmosphere-detected-habitable-zone-rocky-world ↩ ↩² ↩³ ↩⁴ ↩⁵

3. Carnegie Science, Detected: Rocky, habitable-zone exoplanet with an atmosphere - https://carnegiescience.edu/detected-rocky-habitable-zone-exoplanet-atmosphere ↩ ↩² ↩³ ↩⁴

4. arXiv, No Helium Detected in LHS 1140 b from Four JWST NIRISS/SOSS Transits - https://arxiv.org/abs/2608.13473 ↩ ↩² ↩³

5. arXiv, Strict Limits on Helium Absorption from LHS 1140 b from Four JWST NIRISS Transits - https://arxiv.org/abs/2608.13470 ↩

6. arXiv, No Persistent Helium Absorption in LHS 1140 b: Four JWST/NIRISS SOSS Transits and Multi-epoch Stellar He I Variability - https://arxiv.org/abs/2608.19120 ↩

7. arXiv, Variable X-ray flux may explain variable helium escape from the habitable-zone exoplanet LHS 1140b - https://arxiv.org/abs/2609.31859 ↩