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- 항성에서 발생하는 고에너지 방사선 폭발은 행성과 그 서식지에 위험할 수 있다
- 태양계와 달리 이 행성은 별을 매우 가까이 공전하기 때문에 자기장선을 교란시킬 수 있다
- HIP 67522의 안쪽 행성:목성과 크기가 비슷하지만, 질량은 목성의 1/20에 불과
- "자체 유도 플레어는 행성 대기의 수명을 약 10억 년에서 4억~7억 년으로 단축시킨다"

최초의 "자폭" 행성 발견
외계 행성, 모항성(host star)에서 파괴적인 방사선 폭발 유발

치명적 피드백:
천문학자들은 모항성에서 반복적으로 방사선 폭발을 유발하여 점진적으로 스스로를 파괴하는 외계 행성을 최초로 발견했다. 연구팀은 "네이처"에 이를 보고하며, 이는 행성에서 이러한 자폭적인 상호작용이 존재한다는 최초의 증거라고 밝혔다. 이 치명적인 상호작용의 원인은 궤도를 도는 행성에 의한 항성 자기장 선의 교란이다. 

▲ 외계 행성 HIP 67522b는 항성을 너무 가까이 공전하기 때문에 격렬한 복사 폭발을 일으킨다. © Janine Fohlmeister/ Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam

우리 태양이든, 이웃 행성인 프록시마 센타우리든, 아니면 다른 항성이든, 항성에서 발생하는 고에너지 방사선 폭발은 행성과 그 서식지에 위험할 수 있다. 이러한 플레어와 슈퍼플레어는 치명적인 방사선 소나기를 유발하고, 돌연변이를 유발하며, 심지어 대기 전체를 ​​우주로 분출시킬 수도 있다. 일반적으로 이러한 방사선 폭발은 내부 과정으로 인해 항성 자기장이 단락되거나 플라즈마 폭발이 발생할 때 발생하며, 영향을 받는 행성은 단지 수동적인 "피해자"일 뿐이다.

플레어의 원인이 행성인가?

하지만 또 다른 가능성이 있다. 천문학자들은 수년 동안 일부 행성이 별에서 이러한 폭발을 유발할 수 있다고 추측해 왔다. 네덜란드 전파천문학 연구소(ASTRON)의 에카테리나 일린(Ekaterina Ilin)과 동료들은 "태양계와 달리 이러한 행성들은 별을 매우 가까이 공전하기 때문에 자기장선을 교란시킬 수 있다"고 설명했다. 이는 별의 자기장에 단락을 초래하고, 이로 인해 복사선 폭발의 형태로 에너지가 방출될 수 있다.

문제는 이러한 가정이 아직 확인되지 않았다는 것이다. 천문학자들은 지금까지 이러한 상호작용을 명확하게 관측할 수 있는 행성계를 찾지 못했다. 일린의 연구팀은 약 407광년 떨어진 별 HIP 67522에서 이를 발견했다. 불과 1천7백만 년 된 이 별은 태양보다 약간 크지만, 온도가 약간 낮으며, 두 개의 행성이 공전하고 있다. 바깥쪽 행성은 공전 궤도를 완료하는 데 15일도 채 걸리지 않고, 안쪽 행성은 7일도 채 걸리지 않는다.

▲ 항성 근처를 공전하는 행성이 방사선 폭발을 유발할 수 있을까? © ESA

천문학자들은 HIP 67522의 안쪽 행성을 자세히 살펴보았다. 이 행성은 목성과 크기가 비슷하지만, 질량은 목성의 1/20에 불과하다. 이는 이 가스 행성이 극도로 부풀어 오르고 얇은 대기를 갖고 있음을 시사한다. 또한 모항성에 매우 가까워서 모항성의 자기장에 갇힐 정도다. 일린과 그녀의 연구팀은 TESS와 CHEOPS 우주 망원경을 사용하여 HIP 67522b 행성이 모항성 앞에서 여러 차례 행성면 통과를 관측했다. 그들은 별의 플레어가 발생한 시간과 장소를 동시에 기록했다.

관측된 행성면 통과 동안 별은 16개의 플레어를 생성했다. 플레어의 위치와 시간은 무작위로 분포된 것이 아니라, 주목할 만한 누적 현상을 보였다. 이 플레어 중 11개는 거의 정확히 모항성을 향했으며, 항상 모항성면 통과의 같은 단계에서 발생했다. 천문학자들은 "이것이 우연의 일치였을 가능성은 비교적 확실하게 배제할 수 있다"고 보고했다.

대전(帶電) 자기장 선

대신, 항성 플레어의 분포는 외계 행성이 플레어의 근원임을 시사한다. 일린은 "이 행성은 특히 강력한 플레어를 유발하는 것으로 보인다"고 말했다. 행성이 항성 표면의 특정 지점을 통과하면 곧이어 방사선 폭발이 발생한다. 연구진은 HIP 67522와 그 행성이 이러한 행성 유발 플레어가 명확하게 감지된 최초의 항성-행성 듀오라고 설명했다.

보완적인 컴퓨터 모델을 통해 천문학자들은 외계 행성이 이러한 방사선 폭발을 어떻게 유발하는지 알아냈다. 행성이 모항성에 가까이 공전할 때, 항성 자기장의 자기장 선에 파동과 같은 교란을 생성한다. 이 교란은 에너지가 방사선 폭발로 방출될 때까지 강력하게 대전된다. 일린은 "이 플레어의 에너지는 자기장 파동의 에너지보다 훨씬 높다"며 "이 파동이 한동안 이어 온 폭발을 촉발하는 것으로 추정된다"고 말했다.

▲ HIP 67522b 행성의 궤도는 母항성의 자기장 안에 있다. © ESA

행성이 스스로에게 해를 끼치는 방식

이러한 상호작용은 외계 행성에 파괴적인 결과를 초래한다. 천문학자들은 "HIP 67522b는 관여하지 않았을 때보다 플레어 발생률이 6배 더 높다"고 보고했다. 이러한 폭발로 인한 강력한 복사 폭발은 이미 얇고 부풀어 오른 가스층의 많은 부분을 반복적으로 우주로 찢는다. 결과적으로 HIP 67522b는 빠르게 물질을 잃고 있으며, 대기는 점점 더 얇아지고 있다.

"자체 유도 플레어는 행성 대기의 수명을 약 10억 년에서 4억~7억 년으로 단축시킨다"고 일린과 동료들은 기술했다. 구체적으로 말하면, 이는 HIP 67522b가 향후 약 1억 년 안에 목성 크기의 가스 행성에서 해왕성 크기의 행성으로 줄어들 수 있음을 의미한다.

"완전히 새로운 현상"

"이번 연구 결과는 HIP 67522가 행성-별 상호작용으로 발생하는 플레어의 전형임을 보여준다"고 천문학자들은 설명했다. 그러나 이 자멸적인 상호작용의 세부 사항에 대한 많은 의문이 아직 풀리지 않았다. "이것은 완전히 새로운 현상이기 때문에 여전히 수많은 의문이 남아 있다"고 일린은 말했다. 천문학자의 설명에 따르면, 그중 두 가지가 특히 시급하다. 첫째, HIP 67522의 플레어 발생 시 어떤 복사와 에너지가 방출되는지 명확히 밝히기 위해 다른 파장에서의 관측이 필요하다.

"두 번째 과제는 유사한 현상이 발생하는 다른 항성-행성계를 탐지하는 것이다"고 일린은 덧붙였다. 이러한 데이터를 바탕으로 천체물리학자들은 행성에서 발생하는 플레어의 메커니즘을 더욱 정확하게 설명하는 이론적 모델을 개발할 수 있다.

참고: Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-025-09236-z
출처: Nature, 유럽우주국(ESA)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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