새로운 연구는 “하이시안 행성(Hycean planets)”으로 알려진 특정 외계 행성들이 방대한 바다를 가진 “물 세계”일 가능성이 높다는 오랜 통념에 도전하고 있습니다. 이전의 가정과는 달리, 이러한 행성들은 예상보다 훨씬 적은 양의 물을 가지고 있을 수 있으며, 이는 행성의 거주 가능성과 지구 너머 생명체의 존재 가능성에 대한 우리의 이해를 재편할 수 있습니다.
수년 동안 과학계는 “눈의 선(snow line)” 너머에서 형성되어 풍부한 얼음이 축적될 수 있는 하위 해왕성 분류인 “하이시안 행성”의 가능성을 탐구해 왔습니다. 이 이론은 이러한 행성들이 안쪽으로 이동하면서 얼음이 녹아 수소 함량이 높은 대기 아래 깊은 바다가 형성될 것이라고 가정했습니다. 이 시나리오는 특히 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 예비 관측에서 잠재적인 생명체 표지 가스인 디메틸 설파이드의 존재를 암시하며 생명체에 유리한 조건을 시사했던 외계 행성 K2-18b와 관련하여 흥분을 불러일으켰습니다.
그러나 이러한 주장은 조사를 받았습니다. JWST 데이터에 대한 독립적인 분석은 디메틸 설파이드 탐지의 견고성에 의문을 제기했습니다. 또한, 새로운 이론은 하위 해왕성이 바다 세계라기보다는 밀도가 높고 살기 어려운 대기를 가진 휘발성 물질이 풍부한 행성일 수 있다고 제안했습니다. 취리히 연방 공과대학교(ETH Zürich)의 조교수인 캐롤라인 돈(Caroline Dorn)이 공동으로 이끈 최신 연구는 행성 진화 모델에 마그마와 대기 간의 화학적 상호작용을 통합하여 새로운 관점을 제시합니다.
이 포괄적인 모델링 연구의 결과는 물이 행성 질량의 약 50%를 차지하는 거대한 물 층을 가진 먼 행성들의 예상 시나리오가 실현 가능성이 낮다는 것을 나타냅니다. 돈은 “따라서 물이 10-90%인 하이시안 세계는 매우 가능성이 낮습니다.”라고 말했습니다. 시뮬레이션은 물의 구성 요소인 수소와 산소가 행성 내부의 금속 및 규산염과 결합하는 경향이 있음을 보여줍니다. 결과적으로, 상당한 양의 얼음을 처음 축적한 행성조차도 총 질량의 1.5% 미만을 차지하는 표면 물을 가지게 되는데, 이는 하이시안 행성에 예상되는 비율보다 훨씬 낮은 수치입니다.
취리히 연방 공과대학교의 또 다른 공동 연구 책임자인 아론 웨를렌(Aaron Werlen)은 이러한 연구 결과를 자세히 설명하며, 시뮬레이션이 초기 축적량에 비해 이러한 행성의 물 함량이 상당히 감소했음을 일관되게 보여준다고 언급했습니다. H₂O로서 표면에 남아 있는 물은 일반적으로 기껏해야 몇 퍼센트로 제한됩니다. 흥미롭게도, 이 연구는 가장 물이 풍부한 대기가 차갑고 얼음이 많은 지역에서 형성된 행성이 아니라, 별에 더 가까운 행성에서 발견되었으며, 여기서 물은 대기 중 수소와 녹은 암석에서 나오는 산소의 화학 반응을 통해 생성되었다고 제안합니다.
이러한 발견은 천체 생물학에 중요한 의미를 갖습니다. 하이시안 행성이 이전에 생각했던 것보다 덜 흔하다면, 액체 물과 잠재적인 외계 생명체를 찾는 데 초점을 지구와 더 유사한 작고 암석이 많은 행성으로 옮겨야 할 수도 있습니다. 그럼에도 불구하고 K2-18b는 계속해서 흥미로운 연구 대상입니다. 우리 태양계에는 존재하지 않지만 은하계 전역에 널리 퍼져 있는 행성 유형인 하위 해왕성으로서, 이는 행성계 형성 및 우리 태양계와 차별화되는 요인에 대한 근본적인 통찰력을 얻을 수 있는 독특한 기회를 제공합니다.
이 연구의 결론은 또한 지구가 한때 믿었던 것처럼 독특하지 않을 수 있다고 제안합니다. 이 연구는 많은 먼 세계가 유사하고 적당한 양의 물을 가지고 있을 수 있음을 시사하며, 이는 지구가 우주 풍경에서 더 일반적인 행성일 수 있음을 의미합니다.