영하 3도…역대 가장 추운 외계행성 포착한 제임스 웹 우주망원경 [아하! 우주]

과학자들은 지금까지 6000개 이상의 외계행성을 확인했지만, 대부분은 직접 행성을 망원경으로 포착한 것이 아니라 행성의 중력이 별이 흔들리거나 별빛을 가리는 간접적인 방식을 이용해서 그 존재를 증명해왔다. 대부분의 행성이 너무 멀리 떨어져 있고 스스로 빛을 내는 별에 비해 너무 어두워 직접 이미지를 포착하기 어렵기 때문이다. 예를 들어 지구의 경우 태양이 방출하는 에너지의 22억분의 1을 받는 수준에 지나지 않기 때문에 태양보다 수십억 배 이상 어둡다.

이런 어려운 조건에도 과학자들은 수십 개 이상의 외계행성을 망원경으로 직접 포착하는 데 성공했다. 생성된 지 얼마 되지 않은 외계행성으로 아직 뜨겁고 질량이 크며 모항성과 적당히 떨어진 거리에 있는 등 여러 조건이 맞으면 드물 게 망원경으로 직접 관측이 가능하다. 최근 제임스 웹 우주망원경은 이런 조건에 맞지 않는 영하의 차가운 외계행성을 포착하는 데 성공했다. 지구에서 60광년 떨어진 태양과 비슷한 별 ‘14 허큘리스’(14 Herculis) 주변을 공전하는 ‘14 허큘리스 c’가 바로 그 주인공이다.

14 허큘리스 c의 표면 온도는 영하 3도에 불과하다. 이는 직접 망원경으로 관측한 외계행성 중 가장 차가운 것이다. 이렇게 온도가 낮은 이유는 이 행성이 모항성에서 멀리 떨어져 있기 때문이다. 14 허큘리스 c는 지구-태양 거리의 15배 정도 거리에서 14 허큘리스를 공전한다. 태양계로 치면 토성과 천왕성 중간 정도다.

제임스 웹 우주망원경의 근적외선카메라(NIRCam)는 이렇게 어두운 천체를 관측하는 데 특화되어 있다. 4.4 마이크로미터 근적외선 파장대에서 관측한 결과 14 허큘리스 c는 목성 질량의 7배에 달하는 거대한 행성으로 밝혀졌다. 그런데 질량과 낮은 표면 온도보다 더 놀라운 사실은 공전 궤도에 있다. 14 허큘리스 c는 더 안쪽에 있는 14 허큘리스 b와 40도 정도 기울어진 각도로 공전하고 있었다. 따라서 옆에서 보면 마치 X자 형태로 두 행성 궤도가 만나게 된다. 제임스 웹 우주망원경 관측 전에는 알 수 없었던 새로운 사실이다.

이런 독특한 공전 궤도는 현재 관측되지 않는 제3의 행성이나 다른 별의 중력 간섭에 의한 것으로 생각된다. 행성의 공전 궤도를 크게 바꿀 수 있는 중력을 지닌 천체가 14 허큘리스 b와 c의 공전 궤도를 크게 비틀어 놓은 것이다. 만약 다른 행성에 의한 것이라면 이 행성은 이미 밖으로 튕겨 나갔을 가능성도 있다.

제임스 웹 우주망원경은 외계행성의 대기를 분석하거나 이미지를 직접 포착하는 등 외계행성 연구에서 큰 활약을 보이고 있다. 이번에도 과거에는 알기 힘들었던 극단적인 행성계에 대한 정보를 제공했다. 앞으로도 제임스 웹 우주 망원경은 천문학의 최전선에서 인류의 지식을 크게 확장할 것으로 기대된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com