태양계 아닌 다른 곳에도 '별-행성-위성' 있나 [지금은 우주]

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첫 외계 위성 후보 천체 지목돼

[아이뉴스24 정종오 기자] 항성(적색 왜성, CD-35 2722 A, A)을 공전하는 행성(갈색 왜성, CD-35 2722 B, B)과 이 행성을 공전하는 또 다른 천체(외계 위성, C)를 관측한 결과가 발표됐다. 태양계가 아닌 다른 항성계에서 최초로 발견된 3단계 계층 구조(별-행성-위성)를 이루는 천체계가 될 수 있을까. 아직 확정적이진 않은데 새로운 발견이라는 평가가 우세하다.

현재까지 6000개 이상의 외계 행성이 발견됐는데 이 가운데 외계 위성이 확인된 사례는 없었다.

유럽남방천문대 등 연구팀은 초대형 망원경(VLT)을 이용해 행성(B)을 공전하는 외계 위성(C)을 발견해 23일 국제 학술지 ‘네이처’에 발표했다.

국제 연구팀이 처음으로 외계 위성 후보 천체를 발견해 천문학계의 눈길이 쏠리고 있다. [사진=ESO/M. Kornmesser ]

외계 행성을 발견하는 데 사용하는 것과 같은 시선 속도 분석 방법을 사용했다. 2023년 10월부터 2026년 2월까지 행성을 관측해 이 같은 결과를 얻었다. 모델링 연구를 보면 위성은 하나 존재할 가능성이 컸다.

목성 질량보다 약간 작은 질량(목성 질량의 90%)의 천체가 약 170일 주기로 행성을 공전하는 것으로 분석됐다. 두 개의 위성이 있는 모델은 불안정한 것으로 나타났다.

연구팀은 이 천체가 3단계 계층 구조(A,B,C)에서 마지막 구성 요소라는 점에서 위성과 비슷한 분류에 속할 수 있다고 판단했다. 다만 크기가 웬만한 행성만 하다는 점을 고려할 때 이 천체를 외계 위성이라고 부를 수 있을지에 대해서는 의문을 표시했다.

이번 논문과 관련해 강성주 천체물리학자(전 한국천문연구원 선임연구원)는 “이번 연구는 태양 질량의 약 0.4배인 M형 적색 왜성(A)를 공전하는 갈색 왜성(B)의 시선 방향 속도가 약 171일을 주기로 규칙적으로 변한다는 사실을 발견한 결과”라며 “갈색 왜성의 속도가 이처럼 규칙적으로 변한다는 것은 가까운 곳에 서로 중력으로 끌어당기는 또 다른 천체가 존재할 가능성을 뜻한다”고 설명했다.

추가 관측을 통해 확인된다면 태양 질량의 약 0.4배인 적색 왜성(A), 그 주위를 도는 목성 질량 약 37배의 갈색 왜성(B), 다시 그 갈색 왜성 주위를 도는 목성 질량 약 0.9배의 천체(C)로 이어지는 3단계 계층 구조가 되는 것이라고 분석했다.

다만 이번 결과를 곧바로 ‘확정 발견’으로 부르기는 어렵다고 전제했다. 강 연구원은 “관측 횟수는 아직 23회에 그치며 현재의 시선 속도 자료만으로는 약 171일 주기의 천체 하나가 찌그러진 궤도를 도는 경우와 두 개의 천체가 서로 다른 주기로 도는 경우를 완벽히 구분하기 어렵다”고 지적했다.

동역학적으로 보면 이 천체는 갈색 왜성을 공전하기 때문에 분명 위성과 비슷하다고 해석했다. ‘별–갈색 왜성–동반 천체’로 이어지는 3층 구조에서 가장 아래에 있다는 거다.

강 연구원은 “국제천문연맹에서 행성의 정의는 일정한 질량 이하의 천체가 별뿐 아니라 갈색 왜성(B)을 공전하는 경우에도 행성으로 분류할 수 있다고 규정한다”며 “따라서 동역학적으로는 위성처럼 보이는데 정의상으로는 행성이 될 수 있는 모순이 발생한다”고 전했다.

이 때문에 논문은 이 천체를 단정적으로 우리가 알고 있는 위성인 ‘달(moon)’이라고 부르기보다 ‘외계 위성(exosatellite)’ 또는 ‘행성 질량 외계 위성’이라는 표현을 사용하고 있다고 해석했다.

태양계를 기준으로 만들어진 행성, 위성, 별이라는 분류가 태양계와 전혀 다른 구조를 가진 천체계의 발견으로 정의적 한계에 부딪힌 사례라고 볼 수 있다고 해석했다.

이런 측면에서 최초의 외계 위성을 확정적으로 발견했다기보다 행성 질량 외계 위성의 매우 유력한 후보를 제시하고 더 작은 외계 위성을 찾아낼 새로운 관측 방법의 가능성을 보여준 연구로 평가하는 게 적절하다고 강조했다.

박병곤 한국천문연구원 대형망원경센터 책임연구원은 “위성 형성에 관한 연구는 지구의 달이나 화성의 위성, 목성과 토성의 위성 등을 통해 이뤄지는데 연구 대상 자체가 적고 태양계라는 공통의 환경에서 생성됐다는 한계가 있다”며 “외계 행성에서 최초로 위성을 발견한 이번 연구는 매우 중요한 의미가 있다”고 진단했다.

박 연구원은 “이번 연구는 최초의 외계 위성 발견이라는 의미가 있는데 2002년에 한정호 충북대 교수가 처음으로 미시중력렌즈 현상을 통한 외계 위성의 검출 가능성에 대한 논문을 천체물리학저널에 발표한 바 있다”고 덧붙였다.

/정종오 기자([email protected])

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