1만 광년 떨어진 곳에 토성급 '나홀로 행성' 있었네 [지금은 우주]

[아이뉴스24 정종오 기자] 지상과 우주망원경 등을 이용해 국제 공동연구팀이 토성급 질량의 나홀로 행성(Rogue Planet)을 찾아냈다.

우주항공청(청장 윤영빈)은 한국천문연구원(원장 박장현)이 참여한 국제 공동연구팀이 우리나라의 외계행성탐색시스템(KMTNet, Korea Microlensing Telescope Network)과 유럽우주국 가이아(GAIA) 우주망원경을 활용해 토성급 질량의 나홀로 행성을 발견했다고 2일 발표했다.

떠돌이 행성으로도 부르는 나홀로 행성은 중심별의 중력에서 벗어나 우주 공간을 홀로 떠도는 행성을 말한다. 이러한 천체들은 행성계의 형성과 진화를 이해하는 중요한 단서를 제공한다. 이번에 발견된 나홀로 행성 ‘KMT-2024-BLG-0792’은 토성 질량의 약 0.7배 크기. 지구로부터 1만 광년 정도 떨어져 있다.

관련 연구 등을 보면 우리은하에만 별의 개수보다 더 많은 ‘나홀로 행성’이 존재할 것으로 추정됐다.

‘나홀로 행성’이 되는 원인으론 우선 일반 행성처럼 별 주변에서 태어났는데 다른 거대 행성과 중력 상호작용이나 항성 간의 충돌 직전 상황 등으로 궤도 밖으로 튕겨 나간 경우가 있다.

다음으로 별이 만들어지는 방식과 비슷하게 진행됐는데 항성이 되기에는 질량이 부족, 행성 크기로 남게 된 경우 등이 있다.

이번에 발견된 나홀로 행성은 기존의 나홀로 행성 발견과 달리 지상망원경과 우주망원경을 동시에 활용해 지구로부터의 정확한 거리를 측정한 첫 번째 나홀로 행성으로 기록됐다.

현재 나홀로 행성을 발견할 수 있는 유일한 방법은 미시중력렌즈 현상(보이지 않는 천체의 중력이 배경 별의 빛을 휘게 해 밝기가 일시적으로 밝아지는 현상)을 활용하는 것이다. KMTNet은 칠레, 호주, 남아프리카공화국에 설치된 세 곳의 망원경을 통해 24시간 연속 관측이 가능하다.

즉 시야에 보이지 않던 나홀로 행성이 멀리 떨어진 별 앞을 지나갈 때 행성 주변의 왜곡된 시공간을 통과하는 별빛은 휘어진다. 이때 이 행성은 우주 돋보기와 같은 역할을 하면서 배경에 있는 별의 밝기를 증폭시킨다.

미시중력렌즈 현상이 짧게 발생하는 나홀로 행성도 놓치지 않고 발견할 수 있는 장점이 있다. 천문연 KMTNet 연구팀은 미시중력렌즈 현상으로 이번 나홀로 행성을 발견했다. 이 현상이 일어날 당시 가이아 우주망원경이 동일 영역을 16시간 동안 6차례 관측한 자료를 바탕으로 행성의 거리와 질량을 정확하게 측정할 수 있었다.

이번 발견은 중요한 학문적 의미를 갖는다고 연구팀은 전했다. 지금까지 미시중력렌즈 방법을 통해 발견된 9개의 나홀로 행성은 모두 ‘아인슈타인 데저트’라고 불리는 특정 범위의 아인슈타인 반경(약 9~25마이크로초각) 밖에서 발견됐다. 이번 행성은 아인슈타인 데저트 내에서 발견된 첫 번째 사례이다.

아인슈타인 반경이란 미시중력렌즈 현상을 일으키는 물체의 중력장이 빛을 휘게 하는 정도를 정의하는 물리적 반경을 말한다.

강경인 우주청 우주과학탐사부문장은 “천문연에서 구축한 KMTNet의 우수한 성능 덕분에 미시중력렌즈 방법을 통해 나홀로 행성을 포함한 외계행성 발견을 우리나라가 선도하고 있다”며 “앞으로도 우리 지상망원경과 국제 우주망원경들 동시관측 등을 통해 새로운 발견을 지속해 추진할 수 있도록 하겠다”고 말했다.

윤형식 서울대 물리·천문학부 천문학전공 연수연구원은 “이번 결과는 행성의 형성과 이들이 별의 중력권을 벗어나는 과정과 비중을 연구하는 데 중요한 요소”라며 “지상 망원경과 우주 전 영역 관측을 목적으로 하는 서베이 우주망원경의 관측자료를 결합하는 새로운 분석 방법을 제시했다”고 평가했다.

연구 결과는 2026년 1월 1일자(미국동부시각) 사이언스지(Science)에 발표됐다.