아하! 우주

[아하! 우주] 네가 왜 거기서 나와?…별과 너무 떨어진 거대 행성 발견

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▲ YSES 2b의 상상도

과학자들은 이제까지 수천 개 이상의 외계 행성을 발견했다. 이 가운데 상당수는 목성 같은 거대 가스 행성으로 별에서 가까운 위치에 있다. 외계 행성의 크기가 클수록, 그리고 별에 가까울수록 포착하기 쉽기 때문이다. 그러나 최근 관측 기술의 발전으로 지구만큼 작은 행성이나 별에서 멀리 떨어진 행성의 관측 빈도도 점점 늘어나고 있다. 그런데 이 가운데는 기존의 이론으로는 설명할 수 없는 특이한 외계 행성도 존재한다.

최근 네덜란드 레이던 대학 알렉산더 본이 이끄는 연구팀이 지구에서 360광년 떨어진 젊은 별 YSES 2 주변에서 발견한 외계 행성도 그런 경우다. 연구팀은 유럽남방천문대 (ESO)의 대형 망원경인 VLT에 설치된 SPHERE 시스템으로 목성 질량의 6배에 달하는 거대 가스 행성 YSES 2b를 관측했다.(사진) 이 정도 질량을 지닌 거대 가스 행성은 드물지 않게 발견되지만, 연구팀을 놀라게 한 부분은 공전궤도다. YSES 2b는 태양에서 지구 거리의 110배나 되는 거리를 공전하고 있다. 이는 명왕성이나 해왕성 공전 궤도와 비교해도 거의 3배나 먼 거리다.

▲ 외계 행성 YSES 2b (b라고 표시된 점)의 직접 관측 이미지

현재 가스 행성 생성 이론에 따르면 행성은 별 주변의 가스와 먼지의 모임인 원시행성계 원반(protoplanetary disk)에서 생성된다. 원시행성계 원반은 별을 형성하고 남은 가스와 먼지가 별 주변에 원반 형태로 모인 것으로 당연히 별에서 가까울수록 밀도가 높아진다. 하지만 너무 가까운 거리에서는 별에서 방출하는 강력한 복사열과 항성풍에 의해 충분한 먼지와 가스가 뭉치기 힘들다. 따라서 거대 가스 행성은 너무 멀지도 않고 너무 가깝지도 않은 공전궤도에서 생성된다. 태양계의 목성과 토성이 바로 그런 경우다. 그런데 YSES 2b는 매우 무겁지만, 충분한 가스를 모으기에는 너무 먼 거리에 존재한다.

기존의 이론을 변경하지 않고 이 관측 결과를 설명할 수 있는 가장 간단한 방법은 YSES 2b가 본래 궤도를 이탈해 아주 먼 장소로 이동했다고 보는 것이다.

그런데 이렇게 큰 천체를 이동시킬 수 있는 것은 비슷하거나 더 큰 질량을 지닌 천체다. 연구팀은 YSES 2b가 아직 발견하지 못한 다른 거대 가스 행성의 중력 간섭으로 멀리 떨어진 위치까지 이동했을 가능성에 주목하고 있다. 사실 YSES 2b와 반대로 너무 가까운 공전궤도에서 발견되는 거대 가스 행성인 뜨거운 목성형 가스 행성 역시 같은 이론으로 설명할 수 있다.

다만 이 가설을 입증하기 위해서는 별 주변에서 아직 발견하지 못한 거대 행성을 찾아내야 한다. 연구팀은 태양처럼 젊은 별 주변에서 새로 생성된 외계 행성을 찾아내는 YSES (Young suns Exoplanet Survey) 연구를 진행 중이다. 목성보다 더 무거운 외계 행성을 먼 거리로 이동시키는 힘이 과연 무엇인지 아직 알지 못하지만, 과학자들은 결국 그 이유를 알아낼 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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