솜사탕보다 가벼운 외계행성 발견
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2026-06-25 21:35:21
3분 읽기
- 고체 지구는 평균 밀도가 5.5g/㎤, 가스 행성인 목성은 밀도가 1.33g/㎤에 불과
- 두 가스 행성은 크기는 목성과 비슷하지만, 밀도는 약 30분의 1
- 두 행성 모두 목성 크기이며, 각각 약 140일과 930일의 공전 주기
- "솜털 같은" 가스 행성은 원시 행성 원반의 차갑고 얼음으로 덮인 바깥쪽 영역에서 형성
가스 행성이든, 물 행성이든, 지구와 같은 암석 행성이든, 외계행성의 구성 성분을 결정할 때 밀도는 매우 중요한 요소다. 질량 대비 크기의 비율은 천체의 밀도를 나타내며, 이를 통해 천체가 주로 가스, 얼음, 암석 또는 금속으로 구성되어 있는지를 알 수 있다. 예를 들어, 고체 지구는 평균 밀도가 5.5g/㎤ 인 반면, 가스 행성인 목성은 밀도가 1.33g/㎤에 불과하다.
남극 상공을 지나는 행성 통과 현상
옥스퍼드 대학교의 조지 드랜스필드(George Dransfield)가 이끄는 천문학 연구팀은 "솜털 같은" 행성들을 발견했다. 연구팀은 약 1,100광년 떨어진 태양과 비슷한 별 TOI-791을 공전하는 두 개의 외계 행성을 조사했다. TOI-791b와 TOI-791c는 2025년 NASA의 TESS 우주 망원경 데이터를 이용해 발견되었다. 초기 데이터에 따르면 두 행성 모두 목성 크기이며, 각각 약 140일과 930일의 공전 주기를 가지고 있다.
이 새로 발견된 행성들에 대해 더 자세히 알아보기 위해 드랜스필드 연구팀은 남극에 있는 ASTEP 망원경의 관측 데이터를 분석했다. 이 망원경은 극야 기간 수개월간 어둠 속에 있기 때문에 긴 행성 통과 현상을 추적하는 데 특히 적합하다. TOI-791의 경우, 행성들이 항성 앞을 지나가는 시간은 11시간이 넘는다. 천문학자들은 이 과정에서 얻은 광도 곡선과 행성 통과 시 발생하는 미묘한 시간차를 분석하여 두 외계행성의 질량을 처음으로 측정했다.
솜사탕보다 가벼운 질량
분석 결과는 놀라웠다. 두 행성 모두 크기에 비해 비정상적으로 가벼웠다. 드랜스필드 연구팀의 측정에 따르면, 안쪽 행성인 TOI-191b의 밀도는 0.038g/㎤두 행성 모두 목성 크기이며, 각각 약 140일과 930일의 공전 주기에 불과하고, 바깥쪽 행성인 TOI-191c의 밀도는 0.047g/㎤이다. 비교하자면, 크기가 비슷한 가스 행성 목성의 밀도는 1.33g/㎤으로, 이 두 행성보다 약 28~35배 무겁다.
이는 두 외계행성이 비정상적으로 가볍고 솜털처럼 부드럽다는 것을 의미한다. 심지어 솜사탕(0.05g/㎤)보다도 밀도가 낮다. 천문학자들은 TOI-791b와 TOI-791c가 지금까지 측정된 행성 중 가장 밀도가 낮은 행성에 속한다고 설명했다. 드랜스필드는 "지금까지 이런 '솜사탕' 행성은 극소수만 알려져 있다"고 말하며, "같은 항성계에서 두 개나 발견되는 경우는 더욱 드물다"고 덧붙였다. 현재까지 천문학자들은 이러한 초경량 행성을 두 개 이상 가진 항성계를 단 네 개만 알고 있다.
이런 "솜털 같은" 행성은 어떻게 형성될까?
이러한 "솜사탕" 행성의 실제 모습과 형성 과정은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 하지만 천문학자들은 이 외계행성들이 수소와 헬륨 같은 가벼운 기체로 이루어진 과도하게 부풀어 오른 대기를 갖고 있을 것으로 추측한다. 현재 이러한 현상에 대한 두 가지 이론이 제시되고 있다. 첫 번째 가설: 알려진 '솜사탕 행성' 중 일부는 항성에 매우 가까이 공전하기 때문에, 가스 외피가 항성의 강렬한 열과 복사로 인해 팽창했을 가능성이 있다.
이처럼 "솜털 같은" 행성은 어떻게 형성될 수 있을까? 하지만 이 시나리오는 TOI-791c에는 적용되지 않는다. 이 행성의 바깥쪽 솜사탕 행성은 항성으로부터 2천문단위(지구-태양 거리의 두 배) 이상의 거리를 두고 공전한다. 따라서 두 번째 가설이 더 타당할 수 있다. 이 가설에 따르면, 이러한 "솜털 같은" 가스 행성은 원시 행성 원반의 차갑고 얼음으로 덮인 바깥쪽 영역에서 형성된다. 그곳에서 행성의 단단한 핵은 많은 양의 얼음을 축적한다. 그런 다음 이 행성들이 항성계의 더 따뜻한 안쪽 영역으로 이동하면서, 이 얼음이 방출되어 가스 외피를 팽창시킨다.
다음 단계는 무엇일까?
"이 시스템은 이처럼 솜털 같은 외계행성이 어떻게 형성되고 진화하는지 이해할 수 있는 독특한 실험실을 제공한다"고 버밍엄 대학교의 공동 저자인 아마우리 트리아우드(Amaury Triaud)는 말했다. 천문학자들은 다음 단계로 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 TOI-791 시스템의 두 행성을 분석할 계획이다. 분광 데이터를 통해 솜사탕처럼 생긴 이 행성들의 대기가 어떤 가스로 구성되어 있는지 밝혀낼 수 있으며, 이를 통해 행성 형성 과정에 대한 더 많은 단서를 얻을 수 있을 것이다.
출처:
George Dransfield (University of Oxford) et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; doi: 10.1093/mnras/stag864
- 고체 지구는 평균 밀도가 5.5g/㎤, 가스 행성인 목성은 밀도가 1.33g/㎤에 불과
- 두 가스 행성은 크기는 목성과 비슷하지만, 밀도는 약 30분의 1
- 두 행성 모두 목성 크기이며, 각각 약 140일과 930일의 공전 주기
- "솜털 같은" 가스 행성은 원시 행성 원반의 차갑고 얼음으로 덮인 바깥쪽 영역에서 형성
솜털처럼 부드러운 듀오: 솜사탕보다 가벼운 외계행성 발견
천문학자들이 밀도가 비정상적으로 낮은 외계행성 두 개를 발견했다. 이 행성들은 마치 솜사탕처럼 폭신폭신하다. 두 가스 행성은 크기는 목성과 비슷하지만, 밀도는 약 30분의 1에 불과하다. 연구팀은 이 행성들의 밀도가 지금까지 관측된 외계행성 중 가장 낮은 수준이라고 설명했다. 이 폭신폭신한 두 행성은 이처럼 밀도가 낮은 행성이 어떻게 형성되는지 밝히는 데 중요한 단서가 될 수 있다.
 |
| ▲ 외계행성 TOI-791b와 -c의 크기를 태양계 행성들과 비교한 사진. — © NASA/ Daniel Rutter |
가스 행성이든, 물 행성이든, 지구와 같은 암석 행성이든, 외계행성의 구성 성분을 결정할 때 밀도는 매우 중요한 요소다. 질량 대비 크기의 비율은 천체의 밀도를 나타내며, 이를 통해 천체가 주로 가스, 얼음, 암석 또는 금속으로 구성되어 있는지를 알 수 있다. 예를 들어, 고체 지구는 평균 밀도가 5.5g/㎤ 인 반면, 가스 행성인 목성은 밀도가 1.33g/㎤에 불과하다.
남극 상공을 지나는 행성 통과 현상
옥스퍼드 대학교의 조지 드랜스필드(George Dransfield)가 이끄는 천문학 연구팀은 "솜털 같은" 행성들을 발견했다. 연구팀은 약 1,100광년 떨어진 태양과 비슷한 별 TOI-791을 공전하는 두 개의 외계 행성을 조사했다. TOI-791b와 TOI-791c는 2025년 NASA의 TESS 우주 망원경 데이터를 이용해 발견되었다. 초기 데이터에 따르면 두 행성 모두 목성 크기이며, 각각 약 140일과 930일의 공전 주기를 가지고 있다.
이 새로 발견된 행성들에 대해 더 자세히 알아보기 위해 드랜스필드 연구팀은 남극에 있는 ASTEP 망원경의 관측 데이터를 분석했다. 이 망원경은 극야 기간 수개월간 어둠 속에 있기 때문에 긴 행성 통과 현상을 추적하는 데 특히 적합하다. TOI-791의 경우, 행성들이 항성 앞을 지나가는 시간은 11시간이 넘는다. 천문학자들은 이 과정에서 얻은 광도 곡선과 행성 통과 시 발생하는 미묘한 시간차를 분석하여 두 외계행성의 질량을 처음으로 측정했다.
솜사탕보다 가벼운 질량
분석 결과는 놀라웠다. 두 행성 모두 크기에 비해 비정상적으로 가벼웠다. 드랜스필드 연구팀의 측정에 따르면, 안쪽 행성인 TOI-191b의 밀도는 0.038g/㎤두 행성 모두 목성 크기이며, 각각 약 140일과 930일의 공전 주기에 불과하고, 바깥쪽 행성인 TOI-191c의 밀도는 0.047g/㎤이다. 비교하자면, 크기가 비슷한 가스 행성 목성의 밀도는 1.33g/㎤으로, 이 두 행성보다 약 28~35배 무겁다.
이는 두 외계행성이 비정상적으로 가볍고 솜털처럼 부드럽다는 것을 의미한다. 심지어 솜사탕(0.05g/㎤)보다도 밀도가 낮다. 천문학자들은 TOI-791b와 TOI-791c가 지금까지 측정된 행성 중 가장 밀도가 낮은 행성에 속한다고 설명했다. 드랜스필드는 "지금까지 이런 '솜사탕' 행성은 극소수만 알려져 있다"고 말하며, "같은 항성계에서 두 개나 발견되는 경우는 더욱 드물다"고 덧붙였다. 현재까지 천문학자들은 이러한 초경량 행성을 두 개 이상 가진 항성계를 단 네 개만 알고 있다.
이런 "솜털 같은" 행성은 어떻게 형성될까?
이러한 "솜사탕" 행성의 실제 모습과 형성 과정은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 하지만 천문학자들은 이 외계행성들이 수소와 헬륨 같은 가벼운 기체로 이루어진 과도하게 부풀어 오른 대기를 갖고 있을 것으로 추측한다. 현재 이러한 현상에 대한 두 가지 이론이 제시되고 있다. 첫 번째 가설: 알려진 '솜사탕 행성' 중 일부는 항성에 매우 가까이 공전하기 때문에, 가스 외피가 항성의 강렬한 열과 복사로 인해 팽창했을 가능성이 있다.
이처럼 "솜털 같은" 행성은 어떻게 형성될 수 있을까? 하지만 이 시나리오는 TOI-791c에는 적용되지 않는다. 이 행성의 바깥쪽 솜사탕 행성은 항성으로부터 2천문단위(지구-태양 거리의 두 배) 이상의 거리를 두고 공전한다. 따라서 두 번째 가설이 더 타당할 수 있다. 이 가설에 따르면, 이러한 "솜털 같은" 가스 행성은 원시 행성 원반의 차갑고 얼음으로 덮인 바깥쪽 영역에서 형성된다. 그곳에서 행성의 단단한 핵은 많은 양의 얼음을 축적한다. 그런 다음 이 행성들이 항성계의 더 따뜻한 안쪽 영역으로 이동하면서, 이 얼음이 방출되어 가스 외피를 팽창시킨다.
다음 단계는 무엇일까?
"이 시스템은 이처럼 솜털 같은 외계행성이 어떻게 형성되고 진화하는지 이해할 수 있는 독특한 실험실을 제공한다"고 버밍엄 대학교의 공동 저자인 아마우리 트리아우드(Amaury Triaud)는 말했다. 천문학자들은 다음 단계로 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 TOI-791 시스템의 두 행성을 분석할 계획이다. 분광 데이터를 통해 솜사탕처럼 생긴 이 행성들의 대기가 어떤 가스로 구성되어 있는지 밝혀낼 수 있으며, 이를 통해 행성 형성 과정에 대한 더 많은 단서를 얻을 수 있을 것이다.
출처:
George Dransfield (University of Oxford) et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; doi: 10.1093/mnras/stag864
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
