배경: 2014년 천문학자들은 지구에서 218광년 떨어진 별인 Kepler-138을 공전하는 3개의 외계 행성을 발견했다. Kepler-138 c와 Kepler-138 d라는 두 개의 외계 행성은 직경이 우리 행성보다 약간 더 커서 "슈퍼 지구"로 분류되었다.

"우리는 이전에 지구보다 약간 더 큰 행성이 지구를 확대한 버전과 같은 금속과 암석으로 된 큰 공이라고 생각했고, 그래서 우리는 그것을 슈퍼 지구라고 불렀다."고 연구 공동 저자인 몬트리올 대학교의 Björn Benneke는 말했다.

비슷한 직경에도 불구하고 천문학자들은 Kepler-138c의 질량이 지구의 약 2배인 반면 Kepler-138d의 질량은 지구의 0.66배에 불과하다고 추정했다.

이 추정치는 관측된 행성이 항성 앞을 지날 때 근처 외계 행성의 중력이 미치는 영향을 추적하는 "통과 타이밍 변동"이라는 방법을 기반으로 한다.

물의 세계: Benneke와 그의 동료들은 Hubble 및 Spitzer 우주 망원경을 사용하여 Kepler-138 d에 대한 후속 관찰을 수행하기로 결정했다. 목표는 대기를 연구하는 것이었지만 관측은 별을 공전하는 또 다른 외계 행성인 Kepler-138 e의 존재를 시사했다.

그런 다음 연구원들은 새로운 외계 행성을 고려하여 Kepler-138 시스템에서 이미 알려진 외계 행성의 질량을 다시 계산했다. 그들은 Kepler-138 c와 Kepler-138 d가 본질적으로 거의 같은 질량과 크기를 가진 "쌍둥이"라고 결정했다.

새로 계산된 이러한 특성을 기반으로 팀은 부피의 최대 절반이 암석보다 가볍고 수소나 헬륨보다 무거운 재료로 만들어져야 하며 물이 그 기준에 맞는 가장 일반적인 재료라고 생각한다.

Benneke는 "[A] 전체 부피의 상당 부분이 물로 구성되어 있을 가능성이 높다."고 말했다. "이것은 천문학자들이 오랫동안 존재했다고 이론화한 일종의 행성인 물의 세계에 대한 최고의 증거이다."

매우 고조된: 우리가 이 물의 세계에 가장 가까운 비교는 각각 목성과 토성을 공전하는 얼음 위성인 유로파와 엔셀라두스이다. 그러나 Kepler-138 c와 Kepler-138 d는 그들의 별에 훨씬 더 가깝기 때문에 그들의 물은 얼지 않을 것이다.

"Kepler-138 d의 대기 온도는 물의 끓는점보다 높을 가능성이 높으며 이 행성에는 증기로 구성된 두껍고 밀도가 높은 대기가 있을 것으로 예상된다."라고 선임 연구원인 Caroline Piaulet이 말했다.

"그 증기 분위기 아래에서만 잠재적으로 고압의 액체 물이 있을 수 있거나 초임계 유체라고 하는 고압에서 발생하는 다른 단계의 물도 있을 수 있다."고 그녀는 계속했다.

하늘의 눈: 이 외계 행성에서 물은 직접 감지되지 않았으므로 물의 부피와 질량 조합은 덜 일반적인 다른 물질로 설명될 수 있다.

비록 이 쌍둥이 외계 행성이 물의 세계는 아니지만, 우리는 이론화된 세계를 찾기 위해 그 어느 때보다 더 잘 갖추고 있다. 그들이 존재한다면 — 연구자들은 가능한 한 빨리 NASA의 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 다른 후보인 TOI-1452 b를 연구할 계획이다.

Benneke는 "우리의 장비와 기술이 별에서 멀리 떨어진 행성을 찾고 연구할 만큼 충분히 민감해짐에 따라 Kepler-138 c 및 d와 같은 훨씬 더 많은 물의 세계를 찾기 시작할 수 있다."라고 말했다.