‘미니 해왕성’ 비밀 파헤치는 유럽의 행성사냥꾼 키옵스 [아하! 우주]

미 항공우주국(NASA)의 행성사냥꾼 케플러 우주망원경은 임무를 마칠 때까지 수천 개 이상의 외계 행성을 찾아내 그 소임을 다했다. 그 후계자인 TESS 역시 외계 행성 탐사의 최전선에서 혁혁한 공을 세우는 중이다.

하지만 외계 행성을 찾는 기관이 NASA만 있는 건 아니다. 유럽우주국(ESA) 역시 외계 행성 탐사를 위한 우주 망원경인 키옵스 CHEOPS(CHaracterising ExOPlanet Satellite)를 쏘아 올렸다. 키옵스는 무게 273kg, 길이 1.5m 정도 되는 소형 우주 망원경이지만, TESS보다 별을 더 오래 고정해서 관측할 수 있다는 장점이 있다.

물론 성능은 TESS가 훨씬 뛰어나지만, 넓은 지역을 관측하기 위해 27일마다 관측 범위를 바꾸는 특징이 있다. TESS는 케플러나 키옵스와 마찬가지로 별 앞에 작은 행성이 지나면서 주기적으로 밝기가 미세하게 변하는 식현상을 이용해 외계 행성의 존재를 찾아낸다. 따라서 공전 주기가 27일보다 긴 경우 탐지율이 낮아진다는 문제점이 있다.

키옵스는 이 단점을 보완해줄 우주망원경으로 ESA와 스위스 베른대학, 제네바대학 등이 협력해 제작했으며 2019년부터 임무를 수행하고 있다. 최근 외계 행성 연구 기관인 NCCR PlanetS의 과학자들은 키옵스를 이용해 새로 찾아낸 미니 해왕성에 대한 연구 결과를 발표했다.

미니 해왕성은 태양계의 해왕성이나 천왕성보다 작지만, 지구보다 큰 암석 행성인 슈퍼지구보다 작은 외계 행성으로 태양계에는 존재하지 않는 행성 유형이다. 과학자들은 미니 해왕성이 해왕성에 가까운 가스 행성인지 아니면 대기가 큰 슈퍼 지구에 가까운 행성인지를 두고 논쟁을 벌여 왔다.

최근 키옵스가 찾아낸 미니 해왕성인 TOI 5678 b와 HIP 9618 c는 미니 해왕성이 생각보다 다양한 형태일 가능성을 보여준다. TOI 5678 b와 HIP 9618 c는 각각 48일과 52.5일을 주기로 모항성을 공전해 TESS보다는 키옵스가 그 존재를 확인하기에 적합한 행성들이다.

키옵스 및 지상의 망원경을 통해 확인한 두 행성의 질량과 크기는 생각보다 많은 차이가 있었다. TOI 5678 b의 지름은 지구의 4.9배, 질량은 20배로 오히려 해왕성보다 약간 커 해왕성과 비슷한 가스 행성임을 시사한다. 반면 HIP 9618 c의 지름은 지구의 3.4배, 질량은 7.5배로 해왕성의 절반 수준이었다.

연구팀은 이 두 외계 행성의 표면 온도가 섭씨 217~277도 사이로 너무 뜨겁지 않아 뜨거운 목성형 외계 행성에서는 보존될 수 없는 분자들이 있을 것으로 예상했다. 그리고 해왕성보다 훨씬 따뜻하기 때문에 앞으로 제임스 웹 망원경으로 관측해 어떤 물질로 구성되어 있는지 확인할 수 있는 좋은 후보라고 보고 있다.

미니 해왕성은 엄밀한 분류보다 적당히 추정된 크기를 기준으로 나눈 그룹으로 그 정체에 대해서는 의견이 분분하다. 키옵스가 찾아낸 미니 해왕성이 이 의문에 대한 실마리를 제시할 것으로 기대된다. 

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com