하와이섬과 동갑내기…역대 가장 어린 외계 행성 발견

400광년 거리 황소자리의 목성 5배 천체
수백만년전 하와이섬 분출 무렵 탄생한듯
표면 온도 1200도…화산 용암처럼 뜨거워

스바루 망원경으로 발견한 황소자리의 행성 '2M0437b'. 네 방향으로 난 빛줄기는 망원경의 반사 빛이다. 왼쪽의 흰 물체는 이 천체의 위성일 수 있다고 연구진은 밝혔다. 하와이천문학연구소 제공

태평양 해저의 마그마가 해수면 위로 분출해 하와이섬을 만들기 시작했을 무렵, 450광년 거리의 먼 우주에서 탄생한 ‘아기 행성’이 발견됐다.

하와이대가 이끄는 국제 공동연구진은 지금까지 발견한 행성 가운데 가장 어린 나이에 속하는 행성을 발견했다고 영국 ‘왕립천문학회 월보’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 최근 발표했다.

연구진은 ‘2M0437b’라는 이름의 이 행성은 수백만년 전에 형성됐으며 태양계에서 가장 큰 행성인 목성의 질량보다 3~5배나 무거운 것으로 추정된다고 밝혔다.

이 행성이 있는 곳은 ‘별 보육원’으로 불리는 황소자리다. 황소자리는 지구로부터 450광년(140파섹) 거리에 있는 거대한 분자 구름으로, 지구에서 가장 가까운 별 탄생 구역이다.

450광년 거리의 황소자리 분자구름. 위키미디어 코먼스

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망원경으로 직접 관측 가능한 ‘엘리트 행성’

이 외계 행성이 특별한 것은 망원경으로 직접 관측했다는 점이다. 대개 외계 행성들은 자체 빛이 희미해 별 앞을 지나갈 때 그림자가 드리워지면서 주기적으로 별 표면 빛이 변화하는 것을 통해 간접 확인해 왔다. 또 행성이 별 앞을 지나갈 때 중력의 영향으로 별의 빛이 약간 흔들리는 것을 통해 확인하기도 한다. 이번처럼 직접 관측을 통해 발견한 외계 행성은 소수다. 천문학자들은 행성을 직접 관측하게 되면 행성의 형성과 진화 과정을 파악하는 데 더 많은 정보를 얻을 수 있기 때문에 이런 천체를 ‘엘리트 행성’으로 따로 분류한다.

연구진이 이 행성을 처음 발견한 것은 2018년이다. 하와이 마우나케아산 정상에 설치된 일본 국립천문대의 지름 8.2m짜리 대형 적외선 망원경 스바루를 통해 별자리를 관측하던 중 우연히 포착했다.

연구진은 이후 이곳의 또 다른 망원경 켁을 이용해 계속 관찰했다. 그 결과 이 천체가 멀리 떨어져 있는 항성 ‘2M0437’의 주위를 돌고 있는 행성임을 확인했다. 이 천체와 별의 거리는 지구와 태양 거리의 100배나 됐다. 태양과 명왕성 거리의 2.5배다. 지구에서 417광년 거리에 있는 이 별은 빛이 너무 희미해 육안으로는 보이지 않는다.

하와이 마우나케아산 정상의 천문대. 왼쪽부터 스바루 망원경, 2개의 켁 망원경, 나사 적외선망원경(ITF). 켁은 망원경 지름이 10미터로 세계에서 가장 큰 광학 망원경이다. 위키미디어 코먼스

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가장 어린 행성으로 보는 근거는?

46억년에 가까운 지구 나이와 비교해, 이 행성의 나이가 수백만년에 불과한 어린 행성으로 추정하는 근거는 행성의 높은 온도다. 연구진은 보도자료에서 “행성 형성 과정에서 방출된 에너지로 인해 행성이 아직도 매우 뜨겁다”며 표면 온도가 섭씨 1127~1227도에 이르는 것으로 추정했다. 이는 하와이의 킬라우에아 화산에서 분출하는 용암과 비슷한 온도다. 뜨거운 온도에서 나오는 에너지 덕분에 400광년이 넘는 거리에 있음에도 직접 관측이 가능했다 .

연구진의 일원인 하와이천문연구소 마이클 류 박사는 “세계에서 가장 큰 망원경 2개, 왜곡된 빛을 바로잡아주는 적응광학 기술, 마우나케아의 맑은 하늘 덕분에 이번 발견이 가능했다”고 말했다.

학자들은 이 행성을 통해 지구를 포함한 행성의 탄생과 진화 과정에 대해 더 많은 사실을 알아낼 수 있을 것으로 기대했다. 연구를 주도한 에릭 가이도스 교수(지구과학)는 “올해 말 발사되는 차세대 우주망원경 제임스웹 같은 우주망원경의 도움을 받으면 가스 구름의 성분도 확인할 수 있을 것”이라고 말했다.

곽노필 선임기자 [e-mail]