목성보다 6배 큰 외계행성 발견

독일 막스플랑크 천문학연구소(MPIA), 제임스웹 우주망원경으로 관측

목성보다 6배 큰 가스행성 '앱실론 인디 Ab'의 상상도. T. Müller 제공

태양계 행성 중 가장 큰 행성으로 알려진 목성보다 6배 큰 외계행성이 포착됐다. 

엘리자베스 매튜스 독일 막스플랑크 천문학연구소(MPIA) 연구원이 이끄는 국제 연구팀은 제임스웹 우주망원경(JWST) 중적외선 관측 장치(MIRI)로 이러한 '슈퍼목성'을 처음으로 포착하는 데 성공했다. 연구 결과는 25일 국제학술지 '네이처'에 게재됐다.

'앱실론 인디 Ab'란 이름의 이 외계행성은 지금까지 발견된 거대 가스행성 대부분이 중심별과 가까워 매우 뜨거운 것과 달리 온도가 2도 정도에 불과해 차가운 것으로 분석됐다. 

연구팀은 "여러 측면에서 매우 이례적"이라며 "지상에서 촬영된 적이 없는 외계행성의 이미지를 JWST가 포착한 첫 사례이며 JWST가 지금까지 연구한 다른 가스형 외계행성들보다 온도가 훨씬 낮은 차가운 슈퍼목성을 처음 발견한 것"이라고 말했다.

이 외계행성의 중심별 엡실론 인디 A는 남반구 인디언자리 쪽으로 12광년 떨어진 주황색 왜성이다. 표면온도가 4200도 정도로 태양보다 1000도 이상 낮다. 2019년 주위에 목성보다 3.25배 크고 공전주기가 45.2년인 외계행성이 있을 것이라는 분석이 나왔나지만 직접 관측되지는 않았다.

이번 연구에서 연구팀은 앞선 연구 결과들을 토대로 JWST에 탑재된 고성능 중적외선 관측 장치인 MIRI를 이용해 엡실론 인디 A 주변을 직접 촬영해 분석했다.

그 결과 이 가스형 외계행성은 온도가 절대온도 2도로 차갑고 질량은 목성의 6배가 넘는 것으로 나타났다. 중심별에서 20~40천문단위(AU·지구에서 태양까지 거리로 1억5000만km) 떨어진 공전궤도를 갖고 있어 공전주기가 수십년 이상으로 추정됐다.

연구팀은 "이 외계행성의 특징은 이전 연구에서 예측된 기존 행성 특성과 매우 달라 새로운 행성으로 분류했다"며 "이 행성이 이 항성계에서는 유일한 거대 행성으로 보인다"고 말했다.

연구를 이끈 매튜스 박사는 "이전 연구에서 이 슈퍼목성의 존재는 밝혀냈지만 질량을 너무 작게 봤으며 궤도도 중심별에서 너무 가깝게 본 것 같다"며 "JWST 덕분에 이를 바로잡을 수 있었다"고 말했다.

연구팀은 또 이번 발견이 외계행성 탐사의 새로운 길을 열었다고 강조했다. 기존에는 천체를 발견할 때 관측자의 시선 방향에 가까워지거나 멀어지는 속도를 나타내는 시선 속도를 분석하는 간접적인 방법이 사용됐는데 이 슈퍼목성에는 이같은 관측법이 적용되기 어렵다는 것이다. 

연구팀은 "차가운 거대 가스행성은 공전궤도가 중심별에서 멀고 공전주기가 길어 시선 속도를 분석하기 위한 현상이 포착될 가능성이 낮다"며 "JWST로 지구에서 가까운 다른 행성계도 관측해 미처 발견하지 못한 차가운 가스행성을 찾을 수 있기를 바란다"고 전했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]