한국천문연구원(KASI)이 참여한 국제 연구팀이 지상망원경과 우주망원경에 동시 포착된 미시중력렌즈(gravitational microlensing) 현상을 이용해 '나홀로 행성'(떠돌이 행성)을 발견했다.

한국천문연구원(KASI)은 2일(한국시간) 과학 저널 사이언스(Science)에서 자체 운영 중인 천체망원경 외계행성탐색시스템(KMTNet)과 유럽우주국(ESA) 가이아 우주망원경 관측자료를 이용, 1만 광년 밖에 있는 토성급 '나홀로 행성'(KMT-2024-BLG-0792)을 발견했다고 밝혔다.

논문 공동 교신저자인 천문연 이충욱 박사는 "이는 나홀로 행성 중 지상망원경과 우주망원경으로 동시 관측해 지구로부터 거리와 질량을 측정한 첫 사례"라며 "이 발견은 행성계의 다양한 탄생과 진화 연구에 중요 정보를 준다"고 말했다.

'떠돌이 행성'으로도 불리는 나홀로 행성(Free floating planet·rogue planet)은 특정한 별의 중력에 속하지 않고 우주 공간을 홀로 떠도는 외계 행성으로, 나홀로 행성 후보는 지금까지 모두 12개가 발견됐다.

외계행성을 발견하는 일반적인 방법은 행성이 중심별 앞을 지날 때(transiting) 빛을 가리는 현상을 관측하는 것이다. 하지만, 중심별이 없는 나홀로 행성은 행성 중력으로 공간이 왜곡돼 돋보기처럼 작용, 뒤에서 오는 별빛이 밝아지는 미시중력렌즈 현상을 통해 발견할 수 있다.

연구팀은 이 연구에서 동일한 미시중력렌즈 현상(KMT2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516)을 천문연 KMTNet과 폴란드 바르샤바대 광학 중력렌즈 실험(OGLE), ESA의 가이아(Gaia) 우주망원경이 각각 관측한 데이터를 통합 분석했다.

KMTNet은 천문연이 우리은하 중심 방향에서 일어나는 미시중력렌즈 현상을 발견하기 위해 칠레, 호주, 남아프리카공화국 세 곳에 설치해 운용하는 망원경이다. 이 망원경은 24시간 연속 관측이 가능해 지속시간이 하루가 되지 않는 짧은 미시중력렌즈 현상도 발견할 수 있다.

두 지상망원경 관측 데이터 분석에서 멀리서 오는 별빛이 아무것도 없는 위치에서 갑자기 밝아졌다가 이틀 만에 어두워지는 미시중력렌즈 현상이 확인됐다.

연구팀은 이어 미시중력렌즈 사건 당시 가이아 우주망원경이 16시간 동안 같은 영역을 6번 관측한 데이터를 결합, 관측 위치에 따라 물체 위치나 방향이 달라지는 시차(視差)를 이용해 미시중력렌즈 현상을 일으킨 천체의 위치와 질량을 측정했다.

그 결과 미시중력렌즈 현상을 일으킨 나홀로 행성은 우리은하 중심부에서 약 9천800광년, 지구에서 약 1만광년 떨어진 곳에 있는 것으로 밝혀졌으며, 질량은 토성의 약 0.7배(지구 질량의 약 70배)인 것으로 추정됐다.

연구팀은 이 행성의 질량이 토성과 비슷하다는 점에서 작은 별이나 갈색왜성처럼 홀로 형성된 게 아니라 행성계 내부에서 형성됐다가 이웃 행성과의 상호작용 등으로 궤도에서 이탈해 나홀로 행성이 됐을 가능성이 큰 것으로 보고 있다.

영국 런던 퀸메리대학 개빈 콜먼 박사는 함께 게재된 해설(Perspective)에서 "미소중력렌즈 현상에 대한 우주망원경과 지상망원경 동시 관측은 향후 탐사 임무를 기획하는 데 적용될 수 있다"며 "이는 은하 전반에서 행성이 어떻게 형성되는지 더 잘 이해하는 데 기여할 수 있다"고 말했다.

<연합뉴스>