3'00"읽기+1'30"영상
- 이중 항성 b 센타우리 325광년 떨어져 있다.
- 다두 개의 극도로 무거운 별 주위에 있는 외행성 발견. 목성보다 11배 무거워
- 뜨겁고 무거운 두 개의 별 주위에 그러한 행성이 생길 수 있는지는 수수께끼

두 개의 극단적으로 무거운 별 주위에서 거대 행성 발견

질량이 큰 거성 주위에서 최초의 외행성이 발견됐다.

헤비급:
천문학자들은 처음으로 두 개의 극도로 무거운 별 주위에 있는 외행성을 발견했다.
이중 항성 b 센타우리는 325광년 떨어져 있다. 그들의 행성은 목성보다 거의 11배나 무거워 가장 큰 행성 중 하나다. 또한 지금까지 알려진 가장 멀리 떨어진 궤도 중 하나를 가지고 있다. 그런 뜨겁고 무거운 두 개의 별 주위에 어떻게 그러한 행성이 생길 수 있는지는 아직 불분명하다.  

▲ 이전에 외행성은 태양 질량이 3배 이상인 별 주위에 서 발견된 적이 없다. 이제 가스 거성 b 센타우리(AB)가 첫 번째다. © ESO/L. Calçada

천문학자들은 지금까지 적색 왜성 주위에 거주할 수 있는 지구와 유사한 별부터 위험할 정도로 가까이 있는 극도로 뜨거운 가스 거인에 이르기까지 별 주변에서 다양한 수천 개의 외계행성을 발견했다. 일반적으로 행성의 크기 는 중심별과 원시 행성 원반의 질량에 따라 증가한다. 별을 도는 먼지와 가스가 많을수록 더 큰 행성에 더 많은 구성물질이 존재한다.

그러나 별과 행성의 거의 선형적인 질량 관계는 태양 질량의 약 1.9까지만 확장되며, 더 큰 별의 경우 곡선이 가파르게 기울어진다. 지금까지 태양 질량이 3배 이상인 별 주변에는 외계행성이 발견되지 않았다.

광점(light point)이 알려주는 것

이제 바뀌었다.
스톡홀름 대학의 마르쿠스 얀손(Markus Janson)과 함께 일하는 천문학자들이 두 개의 무거운 중량급인 이중성 b Centauri 주위에 있는 외계행성을 발견했다. 이 한 쌍의 별은 약 325광년 떨어져 있으며 총 태양 질량이 6~10개로 태양보다 훨씬 무겁고 뜨겁고 밝다. 두 별 모두 나이가 약 1500만 년으로 매우 젊다.

천문학자들은 이미 2019년에 이 이중계(double system)의 이상을 발견했다.
망원경 이미지는 별 주변에서 세 개의 희미한 빛 점을 보여주었지만, 그 기원은 명확하게 결정할 수 없었다. 이것이 Janson과 그의 팀이 칠레에 있는 유럽남방천문대(ESO)의 VLT(Very Large Telescope)에 있는 고해상도 SPHERE 기기로 한 쌍의 별을 표적으로 삼은 이유다. 

▲ ESO의 초대형 망원경으로 촬영한 이중성 b 센타우리(왼쪽)와 새로 발견된 외계행성(화살표). © ESO / Janson et al.

넓은 궤도에 있는 거대한 목성

관찰 결과:
빛의 점 중 두 개는 배경별에서 나오지만 세 번째 점은 행성이다.
그것은 560 천문 단위의 거리에서 두 개의 중심별을 공전한다. 이는 태양에서 목성보다 약 100배 더 멀리 떨어져 있다. 이 행성은 지금까지 관찰된 것 중 가장 긴 궤도를 가지고 있다. 목성 질량의 거의 11배에 달하는 b Centauri(AB) 세례를 받은 행성은 또한 동종에서 가장 큰 행성 중 하나다.


그러나 외계행성의 가장 큰 특징은 그것이 존재한다는 사실이다.
이처럼 거대하고 뜨거운 항성계 주변에서 행성이 발견된 적이 없었기 때문이다. 그리고 그러한 별 주위에 행성이 형성될 수 있을지도 의문이었다. "B Centauri 주변의 행성 발견은 우리가 행성의 고향으로 무거운 별을 생각하는 방식을 완전히 바꿔놓았기 때문에 매우 흥미로웠다"고 Janson은 설명했다.

이 행성은 어떻게 생겨났을까?

이 질량의 거대한 별은 생성 직후 너무 많은 복사를 방출해 태양과 같은 작은 별보다 원시 행성 원반을 더 빠르게 분산시킨다. 이것은 먼지와 가스의 점진적인 축적을 통해 행성이 성장할 시간을 훨씬 더 적게 남겨준다. “비스타는 일반적으로 상당히 파괴적이고 위험한 환경으로 간주된다. 이전에는 주변에 큰 행성을 형성하는 것이 극도로 어려워야 한다고 가정했다”고 Janson은 설명했다.

따라서 천문학자들에 따르면, 센타우리 자리 b(AB) b가 고전적 강착에 의해 형성됐을 가능성은 매우 낮다. 별에 가까운 밀도가 더 높은 원반 영역에서도 그렇게 되기에는 시간이 너무 짧았을 것이다. 행성이 그곳에서 매우 넓은 궤도로 방출됐다는 증거는 없다.
"이러한 경우 우리는 행성의 강한 편심 궤도와 난기류를 촉발한 다른 위성의 존재를 예상할 것"이라고 팀은 말했지만 둘 다 그렇지 않다.

축소 및 마이그레이션 방지?

그런데 행성은 어떻게 생겼을까?
천문학자들이 설명하듯이, 가스 거인은 태고의 구름 일부가 중력에 의해 붕괴돼 직접 만들어졌을 수 있다. Janson과 그의 팀은 "이 현상이 강착에 필요한 약 100만 년보다 훨씬 더 빨리 일어나기 때문에 이 메커니즘은 그러한 거대한 별 주변의 물질 디스크의 급속한 용해에 덜 민감하다"고 기술했다. 이러한 중력 붕괴는 목성과 같은 거대 가스에 대해서도 논의되고 있다.

외계행성이 어떻게 현재의 매우 넓은 궤도에 진입했는지도 불분명하다.
가스 거인은 중심별에서 먼 거리에서 발생할 수 있지만, 일반적으로 태초의 구름이 녹으면서 더 안쪽으로 이동한다. 목성에서도 마찬가지다. 그러나 b 센타우루스자리(AB)에서 이중성의 강한 항성풍은 이러한 안쪽으로의 이동을 막을 수 있었다.
천문학자들은 "이 이유로 왜 그렇게 멀리 궤도를 돌고 있는지 설명할 것"이라고 말했다.

<극단적인 별 쌍 주위에 있는 행성 거인 © ESO>

수수께끼가 남아 있다.

하지만 이러한 시나리오는 여전히 추측일 뿐이다.
세 거대한 이야기가 실제로 진행되었는지 여전히 불분명하다.
“그것이 어떻게 형성될 수 있었는지 탐구하는 것은 흥미로운 작업이 될 것이다. 현재로서는 여전히 미스테리다”고 Janson은 말했다.
이 발견이 현재의 행성 형성 모델에 다시 한번 도전한다는 것은 분명하다.
(Nature, 2021; doi: 10.1038 / s41586-021-04124-8)
출처: 유럽 남방 천문대(ESO), 막스 플랑크 천문학 연구소

[더사이언스플러스 The SCIENCE plus]

[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]