스페이스 클럽 천문학자들은 지구에서 10,000광년 떨어진 곳에서 희귀한 '자유 떠다니는' 외계 행성을 탐지했습니다

[인공위성]

"우리의 발견은 은하계에 떠돌이 행성들로 가득할 수 있다는 추가 증거를 제공합니다."

은하 중심에 있는 먼 별을 중력적으로 마이크로렌즈로 만드는 자유롭게 떠다니는 행성의 그림. 원천별의 두 개의 확대된 이미지가 행성을 둘러싸고 있는데, 이를 아인슈타인 고리라고 합니다. (이미지 출처: J. Skowron, K. Ulaczyk / OGLE)

별이 없는 우주를 홀로 떠다니는 행성들은 과학자들에게는 여전히 미스터리로 남아 있다. 이제 천문학자들은 처음으로 이 별 없는 행성 중 하나의 존재를 확인했는데, 그 거리와 질량을 정확히 파악해 지구에서 거의 10,000광년 떨어진 토성 크기의 불량 행성입니다.

행성들은 보통 하나 이상의 별에 묶여 있습니다. 하지만 2000년에 천문학자들은 별을 도는 자유롭게 떠다니는 행성, 즉 '떠돌이 행성'의 첫 징후를 발견했습니다. 그리고 2024년, 연구자들은 여러 지상 관측소와 유럽우주국(ESA)의 현재 은퇴한 가이아 우주망원경을 이용해 지구와 우주에서 동시에 빛을 왜곡하는 물체를 발견했습니다. 이 관측 결과, 과학자들은 이 물체가 지구에서 은하수 중심 방향으로 약 9,950광년 떨어진 곳에 발견된 새로운 행성이며, 지구보다 약 70배 큰 질량을 가진 것으로 추정했다. (반면 토성은 약 95배 지구 질량입니다.)

이 발견을 주도한 연구진은 이러한 자유 떠다니는 행성들이 우리가 생각하는 것보다 우리 은하 전역에 훨씬 더 풍부할 것이라고 말합니다. "행성계 형성에 대한 이론적 연구에 따르면 은하수에는 매우 많으며, 은하계 별의 수보다 몇 배 더 많을 것으로 보인다"고 폴란드 바르샤바 대학교의 천체물리학자 안제이 우달스키는 Space.com 에게 말했다.

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Strange lemon-shaped exoplanet discovered by James Webb Space Telescope

불법 행성에 대한 더 많은 데이터는 모든 행성이 어떻게 형성되는지, 그리고 어떤 행성들이 어떻게 그리고 어떤 종류가 불법 행성으로 변하는지에 대한 통찰을 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 이전 연구들은 행성계가 형성될 초기 행성 간 혼돈 상호작용이 행성을 바깥쪽으로 밀어낼 수 있음을 시사합니다. 지나가는 별들은 행성계를 교란시켜 행성들을 공허로 던질 수도 있습니다. 또한, 일부 떠돌이 행성들은 별을 탄생시키는 가스와 먼지 구름에서 직접 스스로 형성될 수 있습니다.

불법 행성은 현재 세대의 망원경으로는 탐지할 만큼 충분한 빛을 방출하지 않아 탐지하기 어렵습니다. 현재 이 방랑하는 세계들을 발견하는 유일한 방법은 중력장의 도움으로, 중력장은 시공간의 구조를 왜곡합니다.

떠돌이 행성이 별 앞에 떠다니면, 세계의 중력장이 렌즈처럼 작용해 별의 겉보기 밝기를 증폭시키고 천문학자들이 떠돌이 행성의 존재를 추론할 수 있게 합니다. 지금까지 연구자들은 이 방법으로 약 열두 개의 잠재적 불량 행성을 탐지했습니다.

먼 빛을 렌즈로 비춘 자유롭게 떠다니는 행성의 예술가 인상. (이미지 출처: J. Skowron / OGLE)

이러한 '중력 마이크로렌즈'를 사용해 불법 행성을 탐지할 때의 한계 중 하나는 이 행성들이 얼마나 떨어져 있는지 스스로 드러낼 수 없다는 점입니다. 이로 인해 그 행성들의 질량 등 다른 특징들을 추론하기가 어렵다. 따라서 불량 행성에 관한 많은 부분은 추측에 불과했으며, 천문학자들은 그것들이 실제로 행성인지, 갈색왜성으로 알려진 실패한 별들처럼 더 거대한 천체인지 결정적으로 확인하지 못했습니다.

이제 천문학자들은 불법 행성을 단순히 탐지했을 뿐만 아니라, 그 거리와 질량까지 정확히 파악했습니다. 이 사건을 KMT-2024-BLG-0792와 OGLE-2024-BLG-0516으로 두 개의 서로 다른 관점에서 관찰함으로써, 과학자들은 사실상 지구와의 거리를 삼각측량할 수 있었습니다. 지구로부터의 거리를 더 잘 파악한 후, 중력장이 천문학자들이 본 빛을 얼마나 오래 왜곡시켰는지에 따라 질량을 추정할 수 있었습니다.

지상 관측소와 가이아 위성에서 동시에 관측된 마이크로렌즈 현상 KMT-2024-BLG-0792/0GLE-2024-BLG-0516의 아티스트 상처. (이미지 출처: J. Skowron / OGLE)

"우리의 발견은 은하계에 불법 행성들이 풍부할 수 있다는 추가 증거를 제공한다"고 중국 베이징대학교 천문학 교수인 공동 저자 수보 둥은 성명에서 말했다.

차세대 우주망원경은 더 많은 불법 행성을 탐지할 수도 있습니다. 예를 들어, 2026년에 발사될 NASA의 낸시 그레이스 로만 우주 망원경은 NASA의 허블 우주 망원경보다 1,000배 빠른 속도로 적외선으로 하늘의 광대한 영역을 스캔할 것입니다. 2028년 발사 예정인 중국의 어스 2.0 위성도 자유 떠다니는 행성을 탐색할 예정입니다.

"자유 떠다니는 행성 과학의 미래는 매우 밝아 보인다,"고 우달스키는 말했다.

과학자들은 1월 1일 학술지 사이언스에 이 연구 결과를 자세히 공개했다.

스페이스 클럽(Space Club)