WASP-107b는 처녀자리에 위치한 K형 별 WASP-107 주위를 공전하는 외계 행성으로, 2017년 광각 행성 탐색(WASP) 프로젝트를 통해 발견되었다. 이 행성은 '솜사탕 행성(cotton candy planet)' 또는 '초저밀도 행성(super-puff planet)'으로 불릴 만큼 극도로 낮은 밀도를 가진 가스형 거대 행성으로 잘 알려져 있으며, 외계 행성의 형성 및 대기 연구에 중요한 표본으로 활용되고 있다.
발견 WASP-107b는 2017년 슈퍼WASP(SuperWASP) 프로젝트의 일환으로 별의 밝기 변화를 관측하는 트랜싯(transit) 방법을 통해 발견되었다. 모항성 WASP-107은 지구에서 약 200광년 떨어져 있으며, K형 주계열성으로 태양보다 약간 더 차갑고 작다.
특징
- 물리적 특성: WASP-107b는 목성 질량의 약 12%에 해당하는 질량(지구 질량의 약 30배)을 가지며, 목성과 거의 비슷한 반지름(목성 반지름의 약 0.94배)을 가지고 있다. 이로 인해 행성의 평균 밀도는 약 0.1 g/cm³에 불과하여, 해왕성 크기의 행성 중 가장 낮은 밀도 중 하나로 기록된다. 이처럼 낮은 밀도는 행성이 매우 팽창한 대기를 가지고 있음을 시사하며, 이는 행성 형성 이론에 새로운 과제를 제시한다.
- 대기: 허블 우주 망원경과 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 WASP-107b의 대기 구성에 대한 상세한 연구가 진행되었다. 2018년에는 행성 대기에서 헬륨이 직접적으로 감지된 최초의 외계 행성이 되었다. 이후 추가 연구를 통해 수증기와 강한 황산화물(SO2)의 존재가 확인되었으며, 특히 황산화물은 행성의 높은 온도와 강력한 복사 에너지가 복잡한 광화학 반응을 유도하고 있음을 시사한다. 또한, 대기 상층부에서 규산염(silicate) 구름, 즉 '모래 구름'이 존재할 가능성도 제기되어, 이 행성이 독특한 대기 순환과 화학적 특성을 가지고 있음을 보여준다.
- 궤도 및 온도: WASP-107b는 모항성 WASP-107에 매우 가까이 공전하며, 공전 주기는 약 5.7일에 불과하다. 이처럼 가까운 거리 때문에 행성의 평형 온도는 약 500°C(770 K)에 달할 것으로 추정되며, 행성은 모항성에 조석 고정(tidal locking)되어 한쪽 면만 영원히 별을 바라보고 있을 가능성이 높다.
형성 및 진화 WASP-107b의 극도로 낮은 밀도와 모항성에 가까운 궤도는 행성 형성 및 진화 모델에 도전장을 던진다. 현재까지 제안된 가설들은 다음과 같다:
- 원거리 형성 후 이동: 행성이 항성계의 더 먼 곳에서 형성된 후 현재의 가까운 궤도로 이동했을 가능성이 있다. 먼 곳에서 형성되면 더 많은 가스를 포획할 수 있었을 것이다.
- 광범위한 대기 팽창: 모항성의 강력한 복사열과 행성의 내부 열원이 결합하여 행성 대기를 비정상적으로 크게 팽창시켰을 가능성.
- 핵 형성의 특이성: 행성 핵의 질량이 예상보다 작거나, 핵 주변의 물질이 매우 효율적으로 가열되어 대기를 팽창시켰을 수 있다.
WASP-107b는 '솜사탕 행성'이라는 별명처럼 독특한 특성 덕분에 가스형 거대 행성의 대기 구성, 내부 구조, 그리고 형성 메커니즘을 이해하는 데 중요한 실마리를 제공하고 있다.