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[아하! 우주] 케플러-88 항성계의 새로운 ‘왕’…목성 질량 3배 외계행성 발견

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태양과 같은 별 '케플러-88'을 공전하는 헤비급 챔피언인 행성 '케플러-88c'는 더 이상 '케플러-88 시스템'에서 중력의 신인 외계행성이 아닌 것으로 밝혀졌다. 최근 이 항성 시스템에서 새로 확인된 외계행성이 태양계 최대 행성인 목성보다 무려 3배에 이르는 질량을 가진 것으로 알려졌다.

하와이 마우나 케아의 케크 천문대에서 수집한 6년 간의 데이터를 기반으로 하와이 대학 천문연구소(UH IfA)는 세 번째 외계행성 궤도의 케플러-88d를 새롭게 발견했다. 이 외계행성은 4년 주기로 모항성 케플러-88 둘레를 천천히 공전한다.

UH IfA의 베아트리체 왓슨 패런트 박사후 연구원인 로렌 바이스 대표저자가 이끄는 연구팀은 구경 10m 케크 망원경에 부착된 고해상도 HIRES(High-Resolution Echelle Spectrometer) 장비를 이용해 이번의 획기적인 발견을 일구어냈다.

바이스 대표저자는 “목성 질량의 3배에 달하는 케플러-88d은 ‘왕’이라 불리는 목성 질량의 케플러-88c보다 케플러-88 항성계의 역사에 더 큰 영향을 미쳤을 것"이라면서 "아마도 케플러-88d는 이 행성 제국의 새로운 황후일 것"이라고 밝혔다.

지구에서 1200광년 떨어져 있는 거문고자리의 케플러-88 시스템은 2013년에 2개의 외계행성이 발견된 이래 천문학자들로부터 주목을 받아왔다. 2개의 외계행성 중 더 큰 케플러-88c는 형제인 기체행성 케플러-88b와 함께 모항성 주위를 공전하면서 긴밀한 상호작용을 하는 것으로 보인다.

외계행성 케플러-88b는 11일마다 궤도를 일주하는데, 이는 케플러-88c의 궤도 일주에 비해 딱 절반에 해당한다. 케플러-88c는 케플러-88b보다 20배 더 무겁기 때문에 두 행성이 서로 궤도를 쓰쳐지날 때 더 큰 행성의 중력이 안쪽을 도는 케플러-88c에 강한 중력을 행사해 궤도에 영향을 미친다. 다시 말해, 케플러-88b가 궤도를 두 차례 돌 때마다 덩치 큰 형제에 의해 펌핑된다고 케크 천문대는 밝혔다.

천문학자들이 관찰한 이같은 현상은 이른바 ‘평균 운동 공명’으로 알려진 기이한 역학으로, 바이스 연구팀에 따르면, 시계 방식으로 행동하는 것처럼 보이는 두 궤도의 상호작용은 그네 탄 아이를 밀어주는 부모와 비슷하다.

현재는 퇴역한 미 항공우주국(NASA)의 케플러우주망원경(연료 부족으로 2018년 10월 30일 공식적으로 작동중단)의 도움으로 케플러-88 시스템에서 행성의 정밀한 궤도 타이밍이 얻어졌다. 케플러 망원경은 외계행성이 모항성 앞을 지날 때 나타나는 광도 변화를 포착하는 트랜싯 기법으로 외계행성을 발견하며, 이 방법으로 이동 시간 변동 값을 얻을 수 있었다.

태양계의 경우 목성이 중력의 왕으로, 고리를 두른 토성의 2배, 지구의 300배나 되는 질량을 자랑한다. 따라서 목성의 움직임은 다른 태양계 천체들은 물론, 심지어 수십억 년 전 지구에 물을 가져다준 혜성 무리에까지 중력적 영향을 미친다. 바이스 박사는 케플러-88d가 새로 형성된 암석 행성에 물을 함유한 혜성들을 향하게 하는 데 영향을 미치는지 여부는 연구팀에게 중요한 사항이라고 밝혔다.

자세한 연구 성과는 저명한 천문학 분야 학술지 ‘천문학 저널’(AJ·The Astronomical Journal) 최신호(4월 29일자)에 실렸다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 

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