제임스웹우주망원경(JWST)과 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)이 별을 돌지 않고 우주 공간을 홀로 떠다니는 행성급 천체, 이른바 자유부유 행성질량 천체(Free-floating Planetary-mass Object) ‘Cha J11070768-7626326’에서 급격한 물질 흡입 현상(accretion burst을 포착했다. 이번 관측은 행성급 천체가 별처럼 주변 원반의 가스를 빠르게 끌어당겨 밝기가 폭발적으로 증가할 수 있음을 보여준 첫 사례로 평가된다.
이 연구는 이탈리아 국립천체물리연구소(INAF)의 빅토르 알멘드로스-아바드(Victor Almendros-Abad) 연구원이 주도했으며, 세인트앤드루스대, 존스홉킨스대, 유럽남방천문대, 리스본대 등 9개 기관이 공동 참여했다. 논문은 2025년 10월 2일자 Astrophysical Journal Letters에 게재되었다.
연구진은 VLT의 XSHOOTER 분광기와 JWST의 NIRSpec, MIRI 장비를 이용해 2025년 4월부터 8월까지 이 천체를 연속 관측했다. 4~5월에는 안정된 상태였으나, 6월 이후 몇 달 동안 방출선이 급격히 강해지며 물질 흡입 폭발이 시작되었다.
특히 Hα(수소 알파선)이라 불리는 붉은색 빛의 스펙트럼이 강하게 변화한 것이 관측의 핵심이었다. 이 선은 수소가 방출하는 특정한 붉은빛으로, 가스가 천체로 낙하하거나 밖으로 분출될 때 강하게 나타난다. Cha 1107-7626의 Hα 방출선은 폭발기에 강도가 급격히 커지고 두 개의 봉우리 형태로 변했으며, 한쪽이 붉게 이동하는 적색편이가 나타났다. 연구진은 이 변화가 자기장에 의해 유도된 가스 낙하, 즉 행성급 천체에서도 별과 같은 자기장 기반 강착(magnetospheric accretion)이 일어나고 있음을 보여준다고 분석했다.
질량 유입률은 평상시보다 6~8배 증가해 연간 약 10⁻⁷ 목성질량(M_Jup/yr)에 달했다. 이는 현재까지 보고된 행성질량 천체 중 가장 높은 수치다. 광학 영역의 밝기는 3~6배 상승했으며, R밴드 기준으로 약 1.5~2등급 밝아졌다. 중적외선 영역에서는 10~20%의 플럭스 증가가 나타났고, 탄화수소계(CH₄, C₂H₄) 방출선의 형태가 변화했다. 새롭게 나타난 6.6μm 수증기(H₂O) 방출선은 물질 흡입으로 인해 원반 온도가 상승했음을 시사했다.
실리케이트(8~10μm) 방출 구조는 폭발 전후 큰 변화가 없었지만, 원반 내부의 화학 조성은 명확한 변화를 보였다. 연구진은 이러한 변화가 행성질량 천체가 주변의 가스를 빠르게 흡수하면서 발생한 온도 상승과 연관된 것으로 분석했다.
이번 물질 흡입 폭발은 최소 두 달 이상 지속되었으며, 2016년에도 비슷한 밝기 증가가 관측된 기록이 있어 주기적 현상일 가능성이 제기되었다. 연구팀은 Cha 1107-7626의 밝기 변화 양상과 지속 기간이 별의 EXor형 폭발(EX Lupi형과 유사하다고 분석했다. 이는 수개월간 지속되며 밝기와 물질 유입량이 수배로 증가하는 현상으로, 이번 발견은 별을 돌지 않고 우주 공간을 홀로 떠다니는 행성질량 천체에서도 EXor형 폭발이 발생할 수 있음을 보여준 첫 실증 사례로 기록됐다.
이 연구는 별과 행성 형성의 경계를 이해하는 데 중요한 의미를 갖는다. 그동안 이러한 저질량 천체는 항성처럼 강한 자기장을 통한 물질 흡입을 하지 못한다고 여겨졌으나, 이번 결과는 거대행성급 천체에서도 자기장 기반의 원반 강착이 가능함을 입증했다. 연구진은 향후 JWST의 추가 관측을 통해 이러한 폭발이 얼마나 자주 일어나는지, 그리고 원반의 화학 조성이 어떻게 바뀌는지를 지속적으로 추적할 계획이다.
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