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선에서 탔던 사랑하고 못 쉬는 안쪽에서 시대착오적인칠레의 마젤란 망원경과 애리조나의 대형 쌍안망원경으로 관측한 430광년 거리의 WISPIT2 항성계. 안쪽 고리와 바깥쪽 고리 사이의 보라색 점이 원시행성 WISPIT 2b, 고리 안쪽의 붉은색 점이원시행성 CC1다. 애리조나대 제공


천문학자들이 원시행성 원반의 고리 사이에서 갓 태어난 아기 행성을 발견했다.
미국 애리조나대와 네덜란드 라이덴대가 주축이 된 국제공동연구진은 칠레 아타카마사막의 초거대망원경(VLT), 마젤란망원경, 애리조나의 대형쌍안망원경 관측을 통해 430광년 거리의 우주에서 어린 별 주위의 원시행성 원반 고리들 사이에서 물질을 집어삼키면서 자라나고 있는 행성을 발견해 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’(The A 신한마이카 중고차대출 strophysical Journal Letters)에 두편의 논문으로 발표했다.
원시행성 원반이란 젊은 별 주위를 둘러싸고 있는, 가스와 먼지로 이루어진 회전하는 원반 모양의 구조를 가리키는 말이다. 별이 탄생하는 과정에서 남은 물질들로 이루어져 있는 이 원반은 행성을 포함한 다양한 천체들이 형성되는 요람이다.
‘WIS 우리은행자영업자 PIT 2b’라는 이름이 붙여진 이 천체는 목성 크기의 거대 가스행성으로 나이는 약 500만년으로 추정됐다. 이 행성을 탄생시킨 원시행성 원반은 폭이 지구~태양 거리의 약 380배다.
원시행성 원반을 이루고 있는 고리 사이에서 행성의 탄생 모습을 포착한 건 처음이다. 원시행성 원반을 이루고 있는 고리 사이엔 틈이 있는데, 이는 원시행성이 새봄적금 주변 물질을 먹어치운 결과다. 마치 제설차가 눈을 퍼담으면서 길을 내는 것과 같다. 45억년 전 태양계의 행성들도 바로 이런 방식으로 형성됐다. 그러나 지금까지 발견된 어린 원시 행성들은 모두 중심별과 원시행성 원반 안쪽 고리 사이에서 형성된 것들이었다.
연구를 주도한 레어드 클로즈 애리조나대 교수는 “원반 고리 사이의 어두운 틈은 원시행 공제가능액 성으로 인해 생겼다는 이론과 논문은 다수 나왔으나 지금까지 확실한 증거를 찾지는 못했다”며 이번 발견에 큰 의미를 부여했다.



아기 행성 WISPIT 2b가 수소 가스를 흡수하면서 점점 커지고 있는 모습을 묘사한 그림. 애리조나대 제공

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아기 행성 어떻게 찾아냈나
연구진은 초기 형성 단계에 있는 행성계, 즉 원시행성계 원반을 대상으로 원반 틈새에 숨어 있는 행성 찾기에 나섰다.
연구진은 우선 틈새가 있는 모든 원반을 조사해 ‘수소 알파’라는 특정 가시광선을 조사했다. 클로즈 교수는 “갓 태어난 행성은 주변에서 수소 가스를 빨아들이는데 이 가스는 거대한 폭포처럼 행성 표면에 떨어지면서 극도로 뜨거운 플라스마를 생성하고, 이 플라스마에서 붉은색 수소-알파 빛이 방출된다”고 설명했다. 따라서 떨어지는 뜨거운 수소 가스를 찾아내면 원시행성을 식별해낼 수 있다.
데이터를 분석한 결과 원반의 두 고리 사이, 별과 원반의 안쪽 가장자리 사이에서 각각 원시행성이 나타났다. 연구진은 “두 시간 분량의 사진을 합쳐놓은 순간 행성이 바로 튀어나왔다”고 말했다. 중심별인 WISPIT 2는 태양과 질량이 비슷하고, 안쪽 행성 후보인 CC1은 목성 질량의 약 9배, 바깥쪽 행성 후보인 WISPIT 2b는 목성 질량의 약 5배로 추정됐다.



칠레의 초거대망원경(VLT)으로 관측한 아기 행성 WISPIT 2b. 애리조나대 제공


45억년 전 태양계도 이랬을 듯
연구진은 “WISPIT-2 항성계의 행성들은 우리 태양계의 가스행성들보다 약 10배 더 크고 더 넓게 분산돼 있는 것으로 보인다”며 “하지만 전체적인 모습은 45억년 전 태양계의 아기 시절 사진에서 보았을 법한 모습과 크게 다르지 않을 가능성이 높다”고 말했다.
안쪽 행성(CC1)과 중심별의 거리는 15AU(1AU=지구~태양 거리)로 태양계로 치면 토성과 천왕성의 중간 지점에 해당한다. 고리 사이에 있는 행성(WISPIT-2b)의 위치는 56AU로, 태양계 기준으로는 해왕성 궤도를 훨씬 넘어 카이퍼벨트 외곽에 해당한다. 연구진은 이 행성계엔 중심별을 둘러싸고 행성 2개, 고리 4개, 틈 4개가 있을 가능성이 높다고 밝혔다.
*논문 정보
Wide Separation Planets in Time (WISPIT): Discovery of a Gap Hα Protoplanet WISPIT 2b with MagAO-X.
DOI 10.3847/2041-8213/adf7a5
WIde Separation Planets In Time (WISPIT): A Gap-clearing Planet in a Multi-ringed Disk around the Young Solar-type Star WISPIT 2.
DOI 10.3847/2041-8213/adf721
곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr