KMTNet으로 지구 질량 1.3배 슈퍼지구 발견…현재 227개 행성 찾아
지구형·목성형 행성 빈도수 분포 확인…천문학계 이론 관측적 입증
"지구형·목성형 행성의 다른 형성 과정 입증…행성 진화 단서될 것"

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 우리나라 연구원들이 참여한 국제 공동연구진이 한국의 외계행성탐색시스템을 활용해 새로운 '슈퍼지구' 형태의 외계행성을 발견했다. 지금까지 발견된 공전 주기 1년 이상(장주기) 슈퍼지구 중 우리 지구와 가장 비슷한 수준의 질량을 가졌다.

우주항공청은 한국천문연구원이 참여한 국제 공동연구진이 외계행성탐색시스템(KMTNet) 관측자료를 활용해 토성보다 먼 궤도로 공전하는 장주기 슈퍼지구 외계행성을 발견했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 25일 국제학술지 사이언스(Science)에 게재됐다.

KMTNet은 2009년 천문연 주요사업으로 개발이 시작된 외계행성탐색 전용 망원경 시스템이다. 지구와 비슷한 환경을 가지고 있어서 생명체 존재 가능성이 있는 외계행성을 찾기 위해 개발됐다.

지구 질량 1.3배 수준의 슈퍼지구 발견…지구형-목성형 외계행성 표본 구축

이번에 발견된 외계행성 'OGLE-2016-BLG-0007Lb'은 지구 질량의 1.3배 정도 되는 슈퍼지구 행성이다. 이 행성은 태양 질량의 0.6배에 해당하는 모성으로부터 약 15억㎞ 떨어진 거리(태양-지구 거리의 약 10배)에 위치하고 있다. 지구로부터 약 1만4000광년 떨어져 있다.

지금까지 발견된 장주기 슈퍼지구 중 가장 작은 질량을 가지고 있으면서 모성과 행성 사이의 거리가 가장 먼 행성이다. 공전주기는 약 40년 정도로 추정된다.

슈퍼지구는 지구처럼 암석으로 이루어져 있지만, 질량이 지구 질량의 약 1배~10배 사이인 행성, 외계행성은 태양이 아닌 다른 별(모성) 주위를 공전하는 행성을 의미한다.

공동연구진은 KMTNet을 활용해 기존 관측시스템으로는 발견이 어려웠던 다수의 장주기 슈퍼지구를 발견했다. 이를 통해 지구형 행성과 목성형 행성을 아우르는 장주기 외계행성 표본을 구축했다.

2016년부터 2019년까지 발견된 63개의 외계행성 표본을 기반으로 통계적인 빈도수를 계산한 결과 행성의 빈도수 분포가 슈퍼지구 행성과 목성형 행성에 대응하는 쌍봉 분포를 이루고 있음을 확인했다.

통계적으로 100개의 행성 중 슈퍼지구는 약 35개, 목성형 행성은 약 12개로 계산됐다. 이는 이론적으로 예측된 대로 지구형 행성과 목성형 행성이 서로 다른 과정을 거쳐 형성됐음을 보여준다. 또한 우주에는 장주기 외계행성 중 지구형 행성이 더 많다는 것을 의미한다.

형성 과정 다른 지구형-목성형 행성…KMTNet으로 천문학계 이론 관측적 입증

​행성은 일반적으로 지구형(암석형) 행성과 목성형(가스형) 행성으로 분류되며, 이들은 서로 다른 과정을 거쳐 형성된다.
지구형 행성은 원시행성원반 내의 물질들이 뭉치면서 행성의 핵이 형성되고, 이후 중심핵이 주변 물질을 포획하는 핵 강착 과정을 거쳐 형성된다. 반면 목성형 행성은 중심핵이 임계질량(약 10 지구질량)보다 커지면 주변의 가스들이 폭발적으로 포획되는 추가적인 과정을 통해 형성된다. 만약 중심핵 주변의 가스가 충분히 풍부하지 않을 경우에는, 해왕성과 같은 거대 얼음 행성이 형성된다.

학계에서는 장주기 지구형 행성과 목성형 행성이 다른 과정을 거쳐 형성된다면 이들의 빈도수 분포가 '쌍봉 분포'를 따를 것이라고 예상해왔다. 하지만 이를 뒷받침하는 관측적 증거는 그동안 발견되지 않았다.

또한 기존 연구결과에 따르면 장주기 외계행성 중 많은 행성이 지구형 행성일 것이라 예측됐으나, 실제로는 대부분 목성형 행성이 발견됐다. 이러한 관측과 이론 간의 불일치는 천문학자들이 해결해야 할 중요한 숙제로 남아 있었다.

이같은 상황에서 작은 외계행성들까지 찾아내는 데 특화된 KMTNet이 수백개의 외계행성을 발견하는 데 기여하면서 지구형 행성과 목성형 행성이 다른 형성 과정을 거쳐 형성됐음을 입증하고 그간의 이론을 뒷받침할 수 있게 됐다.