우리은하에 우주 공간 홀로 떠도는 지구만한 행성 있다

[이데일리 강민구 기자] 한국천문연구원을 포함한 국제 연구진이 우리은하에서 지구 크기의 행성을 발견했다.

한국천문연구원은 미국 캘리포니아공대와 폴란드 바르샤바대 소속 므로즈 박사가 이끄는 연구팀이 나홀로 행성을 발견하고 연구성과를 ‘미국 천체물리학회지 레터’에 29일자로 게재했다고 30일 밝혔다.

미시중력렌즈 방법으로 발견한 나홀로 행성의 상상도.(자료=한국천문연구원)

국제 연구진이 발견한 나홀로 행성은 지구 질량의 약 0.3배이고, 우리은하 원반에 있는 것으로 추정된다. 현재까지 발견된 나홀로 행성 중 가장 질량이 작다.

국제천문연맹(IAU)은 행성을 태양 주위 돌아야 하며, 구형의 형태를 지니면서 공전궤도에 홀로 존재해야 한다고 정의한다. 이를 만족하는 태양계 행성은 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 모두 8개이다.

태양계 너머 우주 공간에 있는 행성을 외계행성이라고 부른다. 외계행성은 지구로부터의 거리가 멀고 스스로 빚을 낼 수 없는 어두운 천체이기 때문에 직접 관측하기가 매우 어렵다. 현재까지 발견된 약 4000여개 외계행성 대부분은 행성의 중심별을 관측해 간접적으로 발견됐다.

행성계 내의 행성은 여러 요인으로 중심별의 중력권 밖으로 튕겨 나갈 수 있다. 이처럼 중심별의 중력에 속하지 않고 우주 공간을 홀로 떠도는 행성을 나홀로 행성이라고 한다. 이 행성은 행성계 형성과 진화를 이해하기 위한 중요한 단서를 제공한다.

중심별이 없는 나홀로 행성은 발견하기가 매우 어렵다. 외계행성을 발견한 별 표면 통과 방법과 시선속도 방법은 중심별이 없는 행성을 발견에 사용하기 어렵다. 나홀로 행성을 발견할 가장 좋은 방법은 미시중력렌즈 현상을 이용하는 것이다. 미시중력렌즈 현상은 관측자와 배경별 소스에 또 다른 천체가 일직선으로 놓일 때 발생한다. 관측자는 렌즈 천체의 중력으로 배경별의 빛이 왜곡돼 증폭되는 현상을 관측할 수 있다.

연구팀은 이번 연구에서 천문연의 외계행성탐색시스템(KMTNet) 관측 자료를 활용했다.

천문연은 미시중력렌즈 현상을 이용한 외계행성 탐색연구를 위해 동일 성능을 가진 1.6m 광시야 망원경 KMTNet을 만들어 칠레, 남아공, 호주에 설치하고, 24시간 연구에 활용하고 있다. 미시중력렌즈 방법을 이용한 외계행성 발견은 지난 2004년에 처음 이뤄졌으며, 현재까지 발견한 외계행성의 총 개수는 최근 100개를 넘었다.

이충욱 천문연 박사는 “KMTNet이 본격 가동되기 시작한 2015년 10월부터 현재까지 발견된 외계행성은 65개인데 이 중 이번 연구를 포함한 총 52개의 외계행성 발견에 천문연 시스템 관측자료를 활용했다”며 “미시중력렌즈 외계행성 분야를 국제적으로 선도하는 관측시스템으로 인정받고 있다는 것”이라고 했다.