1만4000광년 떨어진 곳에 '슈퍼지구' 있다 [지금은 우주]

[아이뉴스24 정종오 기자] 지구로부터 1만4000광년 떨어진 곳에 ‘슈퍼지구’가 있다는 사실이 파악됐다. 슈퍼지구는 지구처럼 암석으로 이뤄져 있는데 질량이 지구 질량의 약 1~10배 사이인 외계행성을 말한다.

이번에 발견된 외계행성 ‘OGLE-2016-BLG-0007Lb’은 지구 질량의 1.3배 정도 되는 슈퍼지구 행성이다. 이 행성은 태양 질량의 0.6배에 해당하는 모성으로부터 약 15억km 떨어진 거리(태양-지구 거리의 약 10배)에 있다.

지구로부터 약 1만4000광년 떨어져 있다. 지금까지 발견된 장주기 슈퍼지구 중 가장 작은 질량을 가지고 있다. 모성과 행성 사이의 거리가 가장 먼 행성으로 공전주기는 약 40년 정도로 추정된다.

이번 연구는 미시중력렌즈 방법을 이용했다. 어떤 별을 관측하고 있을 때 별과 관측자 사이에 보이지 않는 천체(별 또는 행성)가 지나면 그 천체의 중력에 의해 빛이 휘어져 관측하고 있던 별의 밝기가 원래보다 밝아지는 현상이 발생한다.

이때 중간에 놓인 별이 행성을 가지고 있다면 별의 밝기가 밝아졌다가 다시 어두워지는 매끄러운 밝기 변화와 함께 행성에 의한 이중 밝기 변형이 발생한다. 이를 통해 외계행성의 존재를 확인할 수 있다.

우주항공청(청장 윤영빈)은 한국천문연구원(원장 박장현)이 참여한 국제 공동연구팀이 외계행성탐색시스템(KMTNet, Korea Microlensing Telescope Network) 관측자료를 활용해 토성보다 먼 궤도로 공전하는 장주기 슈퍼지구 외계행성을 발견했다고 25일 발표했다.

공동연구팀은 KMTNet을 활용해 기존 관측시스템으로는 발견이 어려웠던 다수의 장주기 슈퍼지구를 발견했다. 이를 통해 지구형 행성과 목성형 행성을 아우르는 장주기 외계행성 표본을 구축했다.

2016년부터 2019년까지 발견된 63개의 외계행성 표본을 기반으로 통계적 빈도수를 계산한 결과 행성의 빈도수 분포가 슈퍼지구 행성과 목성형 행성에 대응하는 쌍봉 분포를 이루고 있음을 확인했다.

통계적으로 100개의 별 중 슈퍼지구는 약 35개, 목성형 행성은 약 12개로 계산됐다. 이론적으로 예측된 대로 지구형 행성과 목성형 행성이 서로 다른 과정을 거쳐 형성됐음을 보여준다. 우주에는 장주기 외계행성 중 지구형 행성이 더 많다는 것을 의미한다.

행성은 일반적으로 지구형(암석형) 행성과 목성형(가스형) 행성으로 분류한다. 이들은 서로 다른 과정을 거쳐 형성된다. 장주기 지구형 행성과 목성형 행성이 다른 과정을 거쳐 형성된다면 이들의 빈도수 분포는 이른바 쌍봉 분포를 따를 것으로 예상됐는데 이를 뒷받침하는 관측적 증거는 그동안 발견되지 않았다.

기존 연구 결과를 보면 장주기 외계행성 중 많은 행성이 지구형 행성일 것이라 예측됐다. 실제로는 대부분 목성형 행성이 발견됐다. 이러한 관측과 이론 사이 불일치는 천문학자들이 해결해야 할 중요한 숙제로 남아 있었다.

현재까지 외계행성 발견(별표면 통과, 시선속도, 직접촬영, 미시중력렌즈 등)을 위해 다양한 관측 방법들이 고안됐다. 이들 방법은 발견되는 외계행성의 특성이 서로 달라 상호 보완적 관계를 형성하고 있다. 천문연이 개발해 운영 중인 KMTNet은 미시중력렌즈 방법을 이용해 장주기 외계행성을 발견하는 데 특화된 시스템이다.

현재까지 학계에서 미시중력렌즈 방법을 이용해 발견한 외계행성은 약 300개에 달한다. 그 중 KMTNet 가동 이후 직접 발견한 외계행성은 총 227개에 이른다.

이번 연구를 주도한 천문연 정연길 선임연구원은 “이론의 예측대로 지구형 행성과 목성형 행성이 다른 형성 과정을 거쳐 형성됐음을 관측적으로 입증하고 우주에 장주기 슈퍼지구가 많다는 것을 확인했다”며 “외계행성은 행성의 형성 과 진화를 이해할 수 있는 중요한 단서가 된다”고 설명했다.

윤영빈 우주청장은 “우리나라가 개발하고 운영 중인 KMTNet의 우수한 성능 덕분에 미시중력렌즈 방법을 통한 외계행성 발견을 선도하고 있다”며 “앞으로도 우리 장비를 활용한 꾸준한 과학적 연구 성과를 기대한다”고 말했다.

연구팀은 KMTNet을 통해 더 많은 외계행성 표본을 확보하고 이를 바탕으로 더욱 정밀한 관측과 분석을 이어갈 예정이다.

관련 논문(논문명: Microlensing events indicate that super-Earth exoplanets are common in Jupiter-like orbits) 국제학술지 사이언스에 4월 25일자로 실렸다.