태어난 지 ‘100만년’…진짜 신생아 행성 찾았다

지구의 나이는 46억년이다. 이는 태양계의 다른 행성도 다르지 않다. 태양계의 모든 행성은 원시 태양 주변에 있던 가스와 먼지의 모임인 원시 행성계 원반에서 생성되었기 때문이다. 비록 과학자들이 그 시절의 과거로 돌아갈 순 없지만, 수많은 원시 행성계 원반을 관측해서 자신 있게 이야기할 수 있다. 하지만 행성이 생성되는 초기 단계에 대해서는 아직도 밝혀지지 않은 부분들이 존재한다.

별은 가스 성운에서 가스들이 뭉쳐 형성된다. 따라서 기본적으로 생성 중인 아기 별은 두꺼운 가스에 둘러싸여 있어 관측이 쉽지 않다. 여기에 행성 역시 초기에는 원시 행성계 원반 안에서 가스와 먼지를 모으는 중이고 별에 비해 훨씬 작기 때문에 망원경으로 직접 포착하기가 쉽지 않다. 지금까지 확인된 가장 초기 아기 행성은 PDS 70 행성계와 WISPIT 2 행성계로 생성된 지 500만년 된 것들이다.

칠레 천체물리학 연구소의 루카스 시에자 교수와 대학원생인 안드레아 베르나르디는 지구에서 450광년 떨어진 아기 별 주변을 공전하는 원시 행성 ‘엘리아스 2-24b’(Elias 2-24 b)를 포착했다. 놀라운 것은 나이가 100만년 이내로, 이제까지 포착된 원시 행성 가운데 가장 어리다는 것이다. 행성의 수명을 생각하면 태어난 지 며칠 된 신생아나 다를 바 없다. 하지만 이 원시 행성이 놀라운 이유는 여기서 끝나지 않는다.

사실 과학자들은 10년 전에도 ALMA 전파 망원경 데이터를 통해 엘리아스 2-24의 원시 행성계 원반에서 틈새를 발견하고 행성이 생성되고 있을지 모른다고 생각했다. 그리고 2년 전에는 유럽 남방 천문대의 VLT 망원경으로 이 장소에서 작은 점 같은 광원을 포착해 행성의 직접적인 증거를 포착했다.

하지만 이 발견은 오히려 과학계에서 논쟁을 유발했다. 기존의 행성 생성 이론으로는 생각하기 어려운 먼 위치에 초기부터 큰 행성이 생성될 수 없기 때문이다. 기존 이론에서는 목성 정도 질량을 지닌 행성이 목성 궤도(지구 태양 거리의 5배 정도)에서 생성되기 위해서는 500만년의 시간이 필요하다.

그런데 이 행성은 지구 태양 거리의 55배 거리에 위치했고 목성보다 클 가능성이 높았다. 멀리 떨어진 행성일수록 생성에 시간이 더 필요하기 때문에 태어난 지 100만년 이내 별 주위에서 생기기에는 너무 멀고 너무 큰 행성인 셈이다.

연구팀은 더 확실한 증거를 확보하기 위해 하와이에 있는 켁 망원경 데이터를 확인했다. 켁 망원경은 매우 강력한 코로나그래프를 지니고 있다. 코로나그래프는 중앙의 별을 가려 주변의 동반성이나 행성을 관측할 수 있는 장치로 켁 망원경의 NIRC2 코로나그래프는 과학자들이 현재 구할 수 있는 가장 강력한 코로나그래프다.

이 장치로 관측한 2018년 및 2020년 데이터를 비교 분석한 결과 연구팀은 이 작은 점이 실제 움직이는 행성임을 확인했다. 엘리아스 2-24b로 명명된 이 새로운 행성은 목성 정도의 질량을 지니고 있으며 현재도 물질을 흡수하면서 점점 더 커지는 중이다.

이번 연구는 기존 행성 생성 이론을 다시 검토하게 하는 한편, 초기 행성 형광 과정에 대한 새로운 정보를 제공했다. 하지만 새로운 발견은 여기서 끝나지 않을 예정이다. 최근 발사된 로만 우주 망원경에는 더 강력한 코로나그래프가 탑재되어 있어 과학자들은 더 많은 초기 행성을 관측하고 분석할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com