‘뜨거운 아아’ 같은 행성…뜨거운 목성은 이렇게 생긴다 [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

모항성 주위를 도는 뜨거운 목성형 행성. 사진=ESO/M. Kornmesser

‘뜨거운’ 아이스 아메리카노(아아)는 고객의 무리한 요청을 상징하는 단어로 서비스업 종사자들의 어려움을 보여주고 있다. 그런데 외계 행성 가운데도 ‘뜨거운 아아’처럼 설명하기 곤란한 존재가 있다. 바로 뜨거운 목성형 외계 행성이다. 목성형 외계 행성은 목성과 비슷한 질량을 지녔거나 심지어 이보다 더 큰 외계행성이 수성보다 더 가까운 궤도를 공전하는 경우를 이야기한다. 그런 만큼 표면 온도는 섭씨 1000도를 넘기는 경우도 흔하다.

하지만 과학자들은 이런 거대 가스 행성이 별에 가까운 위치에서 생성되기는 어렵다고 보고 있다. 별 주변에서는 강력한 항성풍과 뜨거운 열로 인해 가스가 뭉치기 어렵기 때문이다. 차가운 눈은 쉽게 뭉쳐 눈사람을 만들 수 있지만, 뜨거운 증기는 팽창하는 것과 같은 상황이다. 태양계의 행성을 보더라도 이런 거대 가스 행성은 태양에서 멀리 떨어진 위치에 있다. 따라서 이런 위치에 거대 가스 행성이 있다는 것은 ‘뜨거운 아아’같은 모순이다.

과학자들은 이 곤란한 상황을 해결하기 위해 뜨거운 목성이 별에서 먼 차가운 궤도에서 생성된 다음 다른 천체의 중력에 의해 궤도가 변해서 뜨거운 목성이 되었다는 가설을 내놓았다. 처음에는 차가운 아이스 아메리카노였는데, 나중에 뜨겁게 데워서 뜨거운 아이스 아메리카노가 됐다는 설명이다. 하지만 최근까지 이 과정에 있는 외계행성을 포착하지는 못했다.

MIT와 펜실베이니아 주립대학 연구팀은 최초로 뜨거운 목성형 행성으로 진화하는 과정에 있는 외계 행성 TIC 241249530 b를 포착했다. TIC 241249530 b는 지구에서 1100광년 떨어진 외계행성으로 나사의 행성 사냥꾼 TESS에 의해 발견됐다. TIC 241249530 b의 궤도와 질량을 상세히 분석한 펜실베이니아 주립대학의 어바인 굽타와 동료들은 이 외계행성이 마치 혜성처럼 매우 긴 타원 궤도를 공전한다는 사실을 발견했다.

TIC 241249530 b는 목성처럼 공전 주기가 4000일 정도에 달하지만, 목성과 달리 수성보다 더 가까운 궤도로 모항성 주변을 공전한 후 먼 궤도로 돌아가는 타원형 궤도를 지니고 있다. 연구팀은 모항성의 동반성, 혹은 다른 행성의 중력에 의해 궤도가 변하면서 TIC 241249530 b가 타원형 궤도를 돌뿐 아니라 모항성과 반대로 도는 역행성 궤도를 돌게 되었다고 보고 있다. 현재 궤도를 감안하면 TIC 241249530 b는 10억 년 후에는 뜨거운 목성이 될 것으로 보인다.

만약 우리 태양계에 이렇게 행성의 궤도를 크게 바꿔 놓는 이웃 별이나 행성이 존재한다면 지구의 위치 역시 예측할 수 없을 것이다. 이런 점을 생각하면 지구가 있고 인류가 존재하는 태양계에는 뜨거운 목성형 행성이 없는 이유도 납득할 수 있다. 하지만 그렇기 때문에 뜨거운 목성형 행성이 생성되는 과정은 과학자들에게 큰 수수께끼 중 하나였다. 이번 발견은 이론적으로 예측된 과정을 실제 관측 결과로 확인한 중요한 연구로 저널 네이처 최신호에 실렸다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com