천문학자들이 별 LHS 1903 주위에서 행성 형성의 근본 법칙에 도전하는 기이한 '거꾸로 된(inside-out)' 행성계를 발견했다. 암석형 행성이 항성 근처에 있고 가스 거성들이 더 멀리 떨어져 있는 우리 태양계와는 달리, 이 행성계는 가스 행성들 너머에서 궤도를 도는 암석형 행성을 특징으로 한다. 2026년 2월 12일 국제 연구팀이 발표한 이 발견은 행성 진화가 이전에는 과학계에 알려지지 않았던 순차적인 '인사이드-아웃' 경로를 따를 수 있음을 시사한다.
LHS 1903의 행성 순서는 우리 태양계와 어떻게 다른가?
LHS 1903의 행성 순서는 암석형 내행성, 두 개의 가스 거성, 그리고 마지막으로 가장 바깥쪽 궤도에 있는 또 다른 암석형 행성으로 구성된 '거꾸로 된' 구조가 특징이다. 이는 지구와 같은 지구형 행성은 태양 가까이 머물고 목성과 같은 가스 거성은 더 차가운 외곽 지역에 위치하는 표준 태양계 모델과 상충한다. LHS 1903 행성계에서 가스 거성 너머에 작고 밀도가 높은 행성이 존재한다는 사실은 기존의 '안쪽은 암석형, 바깥쪽은 가스형'이라는 구배(gradient)를 무너뜨린다.
행성 구조에 대한 우리의 현재 이해는 주로 우리 이웃의 구성에 기반하고 있다. 태양계에서 태양과 가장 가까운 네 개의 행성인 수성, 금성, 지구, 화성은 항성 복사가 항성 근처에 가벼운 가스가 쌓이는 것을 방지했기 때문에 작고 암석으로 이루어져 있다. 더 멀리 떨어진 '설선(snow line)' 너머는 목성과 토성 같은 가스 거성들이 거대한 대기를 모을 수 있을 만큼 온도가 낮았다. 은하계의 두꺼운 원반(thick disc)에 위치한 적색왜성인 LHS 1903은 일반적으로 가스 거성이 지배하는 시스템의 먼 외곽에 네 번째 암석형 행성을 보유함으로써 이러한 틀을 완전히 깨뜨렸다.
이번 발견은 University of Warwick의 행성 천체물리학자 Thomas Wilson이 주도했다. Wilson과 그의 팀은 처음에 적색왜성 주위에서 예상되는 순서를 따르는 것처럼 보이는 세 개의 행성(암석형 행성 하나와 그 뒤를 잇는 두 개의 가스 행성)을 식별했다. 그러나 유럽우주국(ESA)의 CHEOPS(Characterising Exoplanet Satellite) 데이터를 추가로 조사한 결과, 숨겨진 네 번째 구성원이 드러났다. LHS 1903 e로 명명된 이 가장 바깥쪽 행성은 과학자들이 아무것도 없거나 얼음 거성이 있을 것으로 예상했던 곳에 존재하는 작고 암석으로 된 행성이다.
왜 LHS 1903의 외행성은 가스형이 아닌 암석형인가?
LHS 1903의 외행성이 암석형인 이유는 내행성들이 원시행성계 원반 내의 가용 수소와 헬륨을 이미 소비한 후 '가스가 고갈된 환경'에서 형성되었기 때문일 가능성이 크다. 수석 저자인 Thomas Wilson에 따르면, 이는 행성들이 동시에 형성된 것이 아니라 하나씩 차례대로 형성되었음을 시사한다. 네 번째 행성이 합쳐지기 시작했을 무렵에는 두꺼운 대기를 형성하는 데 필요한 가스가 행성계에서 이미 고갈되어 암석 핵을 형성할 고체 물질만 남게 된 것이다.
표준 원시행성계 원반 이론은 행성들이 먼지와 가스로 이루어진 거대한 고리에서 동시에 형성된다고 가정한다. 먼지 알갱이들이 뭉쳐서 미행성체를 형성함에 따라, 이들은 결국 핵으로 성장한다. 가스가 여전히 풍부할 때 핵이 충분히 크게 성장하면 급격한 강착(runaway accretion) 과정이 일어나 가스 거성이 된다. LHS 1903의 경우, 연구진은 순차적 형성 시나리오를 제안한다. 이러한 '인사이드-아웃' 과정은 내행성들이 가스를 갈구하며 원반의 가벼운 원소들을 휩쓸어 버렸고, 그 결과 가장 바깥쪽 행성이 최종 성장 단계에 도달하기 전에 가스가 사라졌음을 의미한다.
이 발견은 가스가 조기에 소진된 환경에서의 행성 형성에 대한 첫 번째 구체적인 증거를 제공한다. Wilson은 학술지 Science에 발표된 성명에서 "암석형 행성은 대개 모항성에서 그렇게 멀리 떨어진 곳에서 형성되지 않는다"고 언급했다. LHS 1903 e의 존재는 원반 소산의 타이밍이 적절하게 맞아떨어진다면 시스템의 차가운 외곽 지역에서도 작고 암석으로 된 세계가 출현할 수 있음을 증명한다. 이는 항성으로부터의 거리가 행성의 가스성 또는 암석성 여부를 결정하는 주요 요인이라고 가정하는 '설선' 이론에 도전하는 것이다.
ESA의 CHEOPS는 이번 발견에서 어떤 역할을 했는가?
ESA의 CHEOPS 위성은 가장 바깥쪽 암석형 행성이 LHS 1903 앞을 지나갈 때 발생하는 미세한 밝기 감소를 감지하는 데 필요한 정밀한 통과 광도 측정 데이터를 제공했다. 다른 망원경들이 안쪽의 세 행성을 식별하는 동안, CHEOPS는 천문학자들이 네 번째 행성의 밀도와 크기를 극도로 정확하게 계산할 수 있게 해주었다. 이러한 측정 결과는 이 행성이 저밀도 가스 행성이 아니라 밀도가 높은 암석체임을 확인시켜 주었으며, 이 계의 '인사이드-아웃' 특성을 드러냈다.
CHEOPS 임무는 알려진 외계 행성의 크기를 전례 없는 정밀도로 측정하여 그 특성을 파악하기 위해 특별히 설계되었다. 이 위성은 LHS 1903의 광도 곡선을 관측함으로써 국제 연구팀이 가장 바깥쪽 행성에 두꺼운 수소-헬륨 외층이 존재하지 않는다는 사실을 입증할 수 있게 했다. 이러한 수준의 정밀도는 NASA의 TESS와 같은 다른 탐사 데이터의 저해상도 이미지에서는 종종 비슷해 보일 수 있는 '슈퍼 지구'(암석형)와 '미니 해왕성'(가스형)을 구별하는 데 필수적이다.
CHEOPS의 활용은 현대 천문학에서 표적 후속 관측의 중요성을 강조한다. European Space Agency의 행성 원반 연구원인 Isabel Rebollido가 설명했듯이, 행성 형성 이론은 역사적으로 태양계에 의해 편향되어 왔다. Rebollido는 "점점 더 다양한 외계 행성계를 목격하면서 이러한 이론들을 재검토하기 시작했다"고 밝혔다. CHEOPS의 데이터는 연구자들이 동시 형성 모델을 넘어 더 복잡하고 시차를 둔 진화 경로를 고려하게 만든 '결정적 증거' 역할을 했다.
미래 천문학 및 행성 진화에 미치는 영향
LHS 1903 행성계의 발견은 행성 형성 교과서의 상당한 수정을 요구한다. 가스가 고갈된 환경에서 행성이 순차적으로 형성될 수 있다면, 은하계 내 행성 구조의 다양성은 이전에 상상했던 것보다 훨씬 더 클 수 있다. 이는 우리 은하에서 가장 흔한 별의 유형이며 거주 가능 구역 탐사의 빈번한 표적이 되는 M형 왜성계에 대한 이해에 깊은 시사점을 던진다.
향후 연구는 이러한 '인사이드-아웃' 순서가 드문 변칙 현상인지 아니면 적색왜성 진화의 일반적인 부산물인지에 초점을 맞출 것으로 보인다. LHS 1903과 같은 적색왜성은 태양보다 차갑고 작기 때문에 원시행성계 원반이 다르게 작동하며, 잠재적으로 Wilson 팀이 설명한 가스 고갈 시나리오를 가능하게 할 수 있다. 천문학자들은 이제 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하여 LHS 1903 e의 대기(또는 대기의 부재)를 분석하고 형성기에 남은 미량의 가스가 있는지 확인할 계획이다.
1990년대 이후 발견된 6,000개 이상의 외계 행성을 계속해서 목록화함에 따라, LHS 1903과 같은 시스템은 우주가 우리 뒷마당에서 관찰된 특정 규칙에 얽매이지 않는다는 사실을 상기시켜 준다. '안쪽은 암석형, 바깥쪽은 가스형'에서 궤도 구조에 대한 보다 유동적인 이해로의 전환은 과학자들이 지구와 같은 행성이 어디에 숨어 있을지 더 잘 예측하는 데 도움이 될 것이다. 우리 태양계 너머의 생명체 탐사는 우리의 초기 기대를 뒤엎는 이러한 '기이한' 시스템들을 정확하게 모델링하는 것에 달려 있다.
우주 기상 업데이트: 오로라 가시성 참고 사항
이러한 심우주 발견 외에도, 이번 주 지구 관측자들은 독특한 천체 쇼를 경험할 수 있다. LHS 1903 발표에 이어, 우주 기상 보고에 따르면 Kp 지수 5를 동반한 중등도(G1) 지자기 폭풍이 발생했다. 이 활동으로 인해 여러 북부 지역에서 북극광(오로라)을 볼 수 있을 것으로 예상된다. 주요 관측 세부 사항은 다음과 같다:
- 관측 가능 위도: 북위 56.3도.
- 주요 관측 지역: 페어뱅크스(알래스카), 레이캬비크(아이슬란드), 트롬쇠(노르웨이), 스톡홀름(스웨덴), 헬싱키(핀란드).
- 관측 팁: 최상의 경험을 위해 현지 시간으로 오후 10시에서 오전 2시 사이에 도시 불빛에서 떨어진 어두운 곳을 찾아 북쪽 지평선을 바라보라.
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