[아하! 우주] 행성들이 충돌할 때 벌어지는 일 - 외계서 ‘행성 충돌’ 발견

외계 태양계를 주시하던 과학자들이 거대 충돌의 증거를 가지고 있는 한 쌍의 행성을 발견했다. 증거는 다름아닌 두 행성의 커다란 밀도의 차이다. 문제의 두 이웃 행성은 크기면에서는 비슷하지만, 한쪽 행성이 다른 행성보다 밀도가 두 배 이상 높다. 이 같은 심한 밀도 불균형을 측정한 연구자들은 그 이유를 두 행성의 충돌이라고 예측하고 있다. 거대한 충돌로 인해 두 행성 중 하나에서 밀도가 낮은 맨틀의 대부분이 뜯겨져 나갔기 때문에 이 같은 밀도 차가 존재하게 된 것으로 보고 있다.

2014년에 처음 발견된 이 행성은 다른 두 행성과 함께 케플러-107(Kepler-107)이라는 별을 공전하고 있다. 안쪽 궤도를 도는 두 행성인 케플러-107b와 c는 거의 같은 크기인 것으로 보이며, 과학자들은 새로운 연구에서 두 행성의 질량을 결정하기 위해 다시 관측에 나섰다.

두 행성은 최초로 케플러 우주망원경에 의해 발견되었다. 케플러 망원경은 행성이 모항성 앞을 지날 때 그 엄폐로 인해 모항성의 밝기가 변하는 것을 포착하는 방법으로 외계행성의 존재를 탐지하는데, 이를 ‘트랜싯 방법’이라 한다. 이러한 밝기의 차는 별과 행성의 상대적 크기에 비례한다.

그러나 외계행성을 확인하는 데 일반적으로 사용되는 다른 기술은 방사형 속도법(radial velocity method)으로, 행성의 중력에 의해 발생하는 별의 미세한 흔들림을 추적하여 행성의 질량을 추정할 수 기법이다.

연구팀이 두 유형의 측정을 결합해본 결과, 안쪽 궤도의 두 케플러-107 행성이 서로 뚜렷하게 다르다는 것을 발견했다. 그리고 이 시스템에서 밀도가 높은 행성이 낮은 밀도의 행성보다 별에서 멀리 떨어져 있다는 점이 특히 흥미롭다고 생각했다.

일반적으로는 밀도가 높은 행성이 모항성에 가까운 궤도를 돌게 마련인데, 이 특이한 한 쌍은 반대 현상을 보이고 있는 것이다. 연구자들은 내부 행성의 밀도가 더 높아질 수 있는 여러 가지 잠재적인 메커니즘을 생각해냈는데, 가장 유력한 원인으로, 거대 충돌이 케플러-107c의 저밀도 바깥층을 벗겨냄으로써 그처럼 높은 밀도를 갖게 되었다는 것이다.

이런 거대 충돌 가설이 어쩌면 비정상적으로 들릴 수도 있지만, 우리 태양계만 보더라도 수많은 충돌의 역사를 가지고 있다. 덩치에 비해 비정상적으로 거대한 수성의 핵이나 지구와 달의 비슷한 조성, 그리고 궤도면에 누운 채 공전하는 천왕성의 기이한 자세 등은 모두 충돌과 밀접하게 관련된 증거들이다. 우주에는 이런 폭력적인 충돌이 다반사이다. 심지어 블랙홀끼리도 충돌한다. 우리는 얼마 전 심우주에서 블랙홀이 충돌하여 발생시킨 중력파를 검출하기도 했다.

지난달 미국천문학회 회의에서 연구자들은 NGC 2547-ID8이라는 별 주변에 두 차례 관찰된 파편 구름이 커다란 소행성 충돌에 의한 것일 가능성이 가장 높다고 주장했다. 태양계는 생각보다 어지러운 장소인 것 같다. 이 연구는 ‘네이처 아스트로노미’ 저널 2월 4일자에 발표되었다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com