[서울신문 나우뉴스]

지구에서 40광년 떨어진 슈퍼지구 외계 행성계인 LHS 1140 b. / ESO/spaceengine.org

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미 항공우주국(NASA)의 행성사냥꾼 케플러는 수천 개 이상의 외계행성을 찾아낸 후 수명을 다하고 영면에 들어갔다. 케플러의 바통을 이어받은 차세대 행성사냥꾼인 ‘천체면 통과 외계행성 탐색위성’(TESS)은 2018년 발사 이후 케플러보다 훨씬 강력한 성능으로 외계행성을 찾고 있다. 케플러와 TESS 모두 우연히 별 앞을 지나는 외계행성이 별의 밝기를 규칙적으로 낮추는 식현상을 관측하는 원리인데, 당연히 TESS가 더 작은 밝기 변화를 관측할 수 있다. 따라서 지구 같은 크기의 외계행성을 포착하는 능력이 뛰어나다.

미 시카고대 연구팀은 TESS 데이터를 이용해서 지구에서 32.6광년 떨어진 별인 HD 260655(TOI-4599) 주위에 지구보다 약간 큰 외계행성 2개가 존재한다는 사실을 알아냈다.

첫 번째 외계행성인 HD 260655b는 지구와 태양 간의 거리보다 모항성에 30배 이상 가까운 약 0.03AU(천문단위) 거리에서 2.77일을 주기로 공전하는 암석행성이다. 지름은 지구보다 24% 크고 질량은 2.14배인데, 천문학자들은 이렇게 지구보다 질량이 큰 암석형 외계행성을 슈퍼지구로 분류한다.

두 번째 행성인 HD 260655c는 모항성으로부터 지구와 태양 간의 거리 20분의 1에 불과한 약 0.047AU 거리에서 5.7일마다 공전하며 지름은 지구의 53%, 질량은 지구의 3배 정도 더 큰 슈퍼지구형 외계행성이다. 이런 슈퍼지구형 외계행성은 우주에 흔하지만, 암석행성으로 구성된 행성계는 지구 주변에 흔하지 않아 이번에 발견된 것이 지구에서 네 번째로 가까운 암석행성계다.

HD 260655 행성계의 가장 독특한 특징은 밀도에 있다. HD 260655b는 밀도가 지구의 평균 밀도인 5.5g/㎤보다 약간 높은 6.2g/㎤이다. 일반적으로 질량이 큰 행성일수록 무거운 금속핵이 크고 중력에 의해 물질이 압축되는 성질이 있어 밀도가 높아진다. 따라서 여기까지는 예상할 수 있는 결과이지만, HD 260655c의 밀도는 의외로 지구보다 낮아 4.7g/㎤에 불과하다. 지구 질량의 3배나 된다는 점을 생각하면 의외의 결과다.

연구팀은 HD 260655c가 지구같이 금속핵이 큰 행성이 아니라 거의 순수한 규산염 행성이거나 암석핵이 비정상적으로 작은 행성일 것으로 추정하고 있다. 물론 물처럼 밀도가 낮은 물질이 많을 수도 있으나 별에서 매우 가깝고 표면 온도도 섭씨 284도로 높아서 사실 안정적인 대기와 바다를 지니기 어렵다. 매우 가까운 거리를 공전하는 형제 행성이 이렇게 다른 특징을 지닌 이유는 현재로서는 풀기 힘든 미스터리다.

물론 우주의 미스터리는 무수히 많지만, 연구팀은 HD 260655 행성계가 지구에서 비교적 가까운 슈퍼 지구 행성계로 관측이 쉬운 만큼 앞으로 흥미로운 연구 대상이 될 것으로 보고 있다. 그리고 아직 발견되지 않은 외계 행성들이 추가로 존재할지 모른다. 어쩌면 여기에 서로 너무 다른 형제인 두 행성의 비밀이 숨겨져 있을지 모른다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com



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