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- 이미 발견된 수 천개의 외계행성은 모두 우리 은하에 위치, 3천 광년 미만 떨어져 있어
- 찬드라 X선 망원경 사용, 세 개의 가까운 은하에서 가장 밝은 X선 소스 검색
- 약 2천800만 광년 거리 나선은하 M51에서 ​​쌍성 M51-ULS-1이 눈에 띄게 어두워지는 것 포착
- 확인하는 한 가지 방법은 이 행성 후보의 추가 통과를 관찰하는 것, 수십 년이 지나야 가능

최초의 우리 은하수 밖에 있는 행성 발견?
은하 M51의 X선 소스가 어두워지는 것은 "외계 행성"에서 비롯

머나먼 세계:
천문학자들은 은하수 밖에서 최초의 외계행성을 발견했을 수 있다. 

이것은 2천800만 광년 떨어져 있는 나선은하 M51에 있는 X선 쌍성이 일시적으로 어두워지는 것으로 나타난다. 광도 곡선의 모양은 토성에서 약 2배 거리에 있는 중성자별이나 블랙홀 주위를 도는 토성 크기 행성의 통과와 일치한다. 이것이 확인되면 연구원들이 전문 잡지 "Nature Astronomy"에 보고한 바와 같이 최초로 알려진 "외계행성"이 될 것이다. 

▲ 천문학자들은 나선 은하 M51에 있는 이 X선 쌍성에서 행성에 대한 단서를 발견했다. © NASA / CXC / SAO / R. DiStefano, et al.; 광학: NASA/ESA/STScI/Grendler; 일러스트 : NASA / CXC / M.Weiss

이것이 뜨거운 가스 자이언트이든, 김이 나는 물의 세계이든, 생명 친화적인 쌍둥이 지구이든, 천문학자들은 이미 수천 개의 외계행성을 발견했다. 이런 외계 행성들은 일반적으로 중력으로 인해 중심 별에서 약간의 비틀림이나 별 앞을 직접 통과한다는 사실로 자신의 존재를 드러낸다. 이러한 통과는 별빛의 일시적인 약화로 이어지며 일반적으 로 모양의 함몰에 의해 광곡선에서 인식될 수 있다.

알려진 모든 외계행성은 한 가지 공통점이 있다.  

그것들은 모두 우리 은하에 위치하고 있으며 일반적으로 우리로부터 3천 광년 미만 떨어져 있다. 이 영역에서만 우리의 망원경이 통과의 약한 디밍이나 별의 템포의 미묘한 변화를 명확하게 볼 수 있기 때문이다. 적어도 지금까지는 사람들이 그렇게 생각했다.

먼 X선 이중성 사이에서 검색

그러나 행성이 훨씬 더 먼 거리에서 자신을 드러낼 수 있는 한 가지 유형의 항성계가 있다.
바로 X선 쌍성이다. 이러한 시스템에서 중성자별이나 블랙홀은 파트너 별의 물질을 빨아들인다. 이것은 강하게 가열되어 집중된 X선을 방출한다.
하이라이트는 이 X선 방사선이 방출되는 장소는 행성보다 결코 크지 않다.

"따라서 이 X선 소스 앞을 지나가는 행성은 거의 완전한 일식을 만든다"고 Harvard & Smithsonian 천체 물리학 센터의 로잔느 디 스테파노(Rosanne Di Stefano)와 동료들은 설명한다. 방사선 강도의 급격한 하락은 멀리 떨어져 있는 X선 쌍성에서도 여전히 알아볼 수 있다. 따라서 디 스테파노와 그녀의 팀은 찬드라 X선 망원경을 사용해 그러한 X선 일식에 대해 세 개의 가까운 은하에서 가장 밝은 X선 소스를 검색했다.

힌트가 되는 방사선 일시 중지

사실, 천문학자들은 그들이 찾고 있던 것을 찾았다.
약 2천800만 광년 떨어져 있는 나선은하 M51에서 X선 ​​쌍성 M51-ULS-1이 눈에 띄게 어두워지는 것을 포착했다. Di Stefano와 그녀의 동료들은 "X-선 광도 곡선은 거의 0으로 갑자기 떨어졌다가 기본값으로 거의 대칭적으로 증가하는 것을 보여주었다"고 보고했다. 어두워지는 단계는 약 3시간 동안 지속되었다.
이러한 디밍이 X선 소스 자체의 복사 변동이나 먼지구름의 통과로 인한 것이 아님을 확인하기 위해 팀은 광 곡선의 특성을 더 자세히 분석했다. X선 소스의 일반적인 내부 변동은 강도 변동 외에 스펙트럼 구성의 변화이다. 그러나 이것들이 누락되었다.

▲ M51-ULS-1의 방사 곡선에서 강한 방사선 강하. © NASA / CXC / SAO / R. DiStefano, et al.

천문학자들은 "우리는 이 방사선 방출이 줄어든 것이 방사선원 자체에 의한 것이 아니라는 결론을 내렸다"고 설명했다. 반면에 먼지구름의 경우 전환이 너무 날카롭고 명확하게 묘사되었다.

외계 은하계의 행성

연구팀에 따르면 이는 X선 쌍성이 어두워지는 원인이 행성임을 시사한다.
그들의 계산에 따르면 이것은 대략 토성의 크기여야 하지만 X선 소스에서 적어도 두 배는 떨어져 있어야 한다. 행성 후보는 궤도를 도는 두 항성 파트너를 둘러싼 외주 궤도에 있을 가능성이 높다.

이것이 확인된다면, 이것은 천문학자들이 부르는 "외계행성"인 최초의 은하외 행성이 될 것이다. 그것은 우리로부터 2천800만 광년 떨어져 있으며 우리 은하보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있다. 디 스테파노는 "이 행성 후보를 발견한 것은 그러한 외부 행성계의 인구를 처음으로 엿볼 수 있게 해줬다"고 말했다. "그리고 그것은 수만 광년만큼 행성 탐색 범위를 확장한다.”

▲ 두 개의 중심 별 물질의 X선 방출 디스크 앞에서 행성 후보가 통과하는 그림. © NASA / CXC / M. Weiss

확인 대기 중

가능한 외계행성은 아직 확인되지 않았다.
“우리는 우리가 꽤 흥미롭고 대담한 논문을 만들고 있다는 것을 알고 있다. 따라서 우리는 다른 천문학자들이 매우 면밀히 관찰할 것으로 기대한다”고 공동 저자인 Princeton University의 줄리아 베른트손(Julia Berndtsson)은 말한다. "하지만 우리는 우리가 강력한 확신을 가지고 있다."

확인하는 한 가지 방법은 이 행성 후보의 추가 통과를 관찰하는 것이다. "불행히도 우리는 수십 년을 기다려야 할 것이다"고 공동 저자인 University of California at Santa Cruz의 Nia Imara가 설명했다. 궤도가 넓기 때문에 궤도 시간이 비교적 길다. "그리고 행성이 궤도에 정확히 얼마나 오래 필요한지에 대한 불확실성 때문에 우리는 언제 어디서 볼지 정확히 알지 못한다"고 Imara는 주장했다.

<이것이 천문학자들이 은하계 밖 행성을 추적한 방법이다.©Chandra X-ray Observatory>

그러나 연구팀은 그들의 후보가 실제 행성으로 판명될 것이라고 비교적 확신하고 있다. Di Stefano는 첨부된 블로그 항목에서 "M51 은하계의 이 흥미진진한 결과가 다음으로 우리를 어디로 이끌지 기대하고 있다"고 말했다.
(Nature Astronomy, 2021; doi: 10.1038 / s41550-021-01495-w)
출처: Chandra X-ray Observatory

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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