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- 2022년, NASA 우주 망원경 TESS의 데이터, WASP-1432 주위에 또 다른 행성 밝혀내
- 약 400광년 떨어져 내부에 슈퍼지구, 뜨거운 목성, 더 멀리 있는 거대한 얼음 행성 포함
- 이 다중 행성계는 뜨거운 목성이 내부의 암석 행성과 외부의 거대 행성과 공유

독특한 행성계 발견
별 주위의 슈퍼지구, 뜨거운 목성, 얼음 거대 행성의 특이한 조합

천문학자들이 이전에는 볼 수 없었던 외계 행성의 조합을 갖춘 행성계를 발견했다. 약 400광년 떨어진 이 계는 내부에 슈퍼지구, 뜨거운 목성, 그리고 그보다 더 멀리 있는 거대한 얼음 행성을 포함하고 있다. 이 구조는 뜨거운 목성이 일반적으로 고립된 상태에서 발생한다는 가정과 모순된다. 왜냐하면 목성이 안쪽으로 이동하는 동안 다른 행성의 궤도를 벗어나게 하기 때문이다. 하지만 이 행성계는 어떻게 생겨났을까? 

▲ 천문학자들은 이전에는 볼 수 없었던 독특한 외계 행성 조합을 포함하는 행성계를 발견했다. © Thibaut Roger/ Université de Genève

"뜨거운 목성"은 태양계의 가스 행성인 목성과 크기, 무게, 가스가 비슷한 외계 행성이다. 하지만 목성과 달리 뜨거운 목성은 별을 매우 가까이서 공전한다. 하지만 문제는 현재 모델에 따르면 그렇게 거대한 가스 행성은 별과 너무 가까워서 이를 형성할 수 있는 원자재가 충분하지 않기 때문에 지역적으로 형성될 수 없다는 것이다. 따라서 천문학자들은 "뜨거운 목성"이 행성계에서 더 멀리 떨어진 곳에서 형성되어 나중에야 별에 가까운 위치로 이동했다고 가정한다.

"이것이 뜨거운 목성이 일반적으로 행성 이웃이 없는 이유다. 원래 넓은 궤도에서 안쪽으로 이동하면 이동 중에 다른 행성이 궤도에서 벗어나기 때문이다"고 제네바 대학의 놀런 그리브스와 그의 동료들은 이렇게 설명한다. 사실, 알려진 뜨거운 목성 대부분은 별을 고립된 상태로 공전한다.

뜨거운 목성과 내부의 슈퍼지구

하지만 다른 방법이 있다. 지금 우리로부터 약 400광년 떨어진 행성계가 그것을 증명한다. 천문학자들은 2012년에 WASP-132 항성 주위에서 최초로 외계 행성인 뜨거운 목성 WASP-132b를 발견했다. 목성의 약 절반 정도 무게이지만 크기는 거의 같고 별을 공전하는 데는 무려 7일이 걸린다. WASP-132b는 또한 그 별의 유일한 위성인 것처럼 보였다. 적어도 그렇게 생각되었다.

2022년, NASA 우주 망원경 TESS의 데이터는 WASP-1432 주위에 또 다른 행성이 있다는 것을 밝혀냈다. 놀라운 점은 WASP-132c라는 이름의 이 슈퍼지구가 뜨거운 목성 WASP-132b보다 별에 더 가깝다는 것이다. 지구 질량의 약 6배인 내행성은 불과 하루 만에 별을 공전한다. 그리브스는 "이 슈퍼 지구의 발견은 특히 흥미진진했다"고 말했다. 뜨거운 목성의 그렇게 가까운 내부 이웃은 이전에는 알려지지 않았다.

그룹의 세 번째 멤버는 얼음 거인이다

하지만 그리브스와 그의 팀이 이제 발견한 것처럼 WASP-132 주변의 행성계는 훨씬 더 많은 놀라움을 준다. 그들은 연구를 위해 칠레에 있는 유럽 남방 천문대의 고해상도 분광기 두 대를 사용하여 수년간 해당 시스템을 표적으로 삼았다. 이 데이터를 통해 팀은 이미 알려진 두 개의 외계 행성의 중요한 특성을 결정할 수 있었다. 그러나 예상치 못한 사실도 밝혀졌다.

천문학자들은 이 행성계에서 이전에 알려지지 않았던 또 다른 외계 행성을 발견했다. WASP-132d라는 이름의 이 행성은 별을 공전하는 데 1,816일이 걸리며, 슈퍼지구 및 뜨거운 목성보다 훨씬 더 먼 곳에서 공전한다. 그리브스와 그의 동료들이 보고한 바에 따르면, 이 행성의 질량은 목성의 약 5배로, 평균 온도는 영하 166도로 얼음처럼 차갑다. 그러므로 WASP-132d는 얼음 거대 행성이다.

그것만으로 충분하지 않은 듯이, 이 별의 광도 곡선은 또 다른 동반성에 대한 첫 번째 징후를 보여주었다. 아마도 WASP-132 별과 이중계를 형성하는 갈색 왜성일 것이다.

▲ 뜨거운 목성은 별을 매우 가까이서 공전하는 가스 행성이다. © NASA/ ESO, L.Calçada/M.Kornmesser

독특한 조합은 의문을 제기한다

천문학자들은 이로 인해 WASP-132 행성계가 실제로 희귀하고 전례 없는 곳이 되었다고 설명한다. 천문학자들은 "이 다중 행성계는 뜨거운 목성이 내부의 암석 행성과 외부의 거대 행성과 공유하기 때문에 독특하다"고 기술했다. 제네바 대학의 공동 저자인 솔렌 울머-몰은 "우리는 이런 구성을 처음 보고 있다"고 덧붙였다.

하지만 이러한 이국적인 행성의 조합은 뜨거운 목성의 발달과 내부 이동에 대한 새로운 정보를 제공하기 때문에 특히 흥미롭다. 따라서 뜨거운 목성 WASP-132b는 이전에 가정했던 방식으로 안쪽으로 이동할 수 없었다. 이동했다면 슈퍼지구가 궤도에서 벗어났을 것이고, 바깥쪽 얼음 행성의 궤도도 바뀌었을 것이기 때문이다.

따라서 그리브스와 그의 팀은 WASP-132b가 주변 행성들과 주요 중력적 상호 작용 없이 더 느리고 역동적으로 "더 차갑게" 안쪽으로 표류했을 것이라고 의심한다. "같은 체계 내에 뜨거운 목성과 내부의 초지구, 그리고 외부 거대 행성이 결합되어 있다는 사실은 행성 형성과 행성 이동에 대한 우리의 이론을 크게 제약한다"고 공동 저자인 취리히 대학의 라비트 헬레드가 설명했다. 하지만 이러한 이주가 실제로 어떤 모습이었는지는 아직 불분명하다.
참고: Astronomy & Astrophysics, 2025; doi: 10.1051/0004-6361/202348177
출처: Astronomy & Astrophysics, Universität Genf

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