납덩이처럼 밀도 높은 ‘외계 행성’ 발견…중력으로 압축 [아하! 우주]

태양계의 행성은 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 지구형 암석 행성은 태양계 안쪽에 있으며 질량과 크기가 작은 대신 암석으로 이뤄져 있어 밀도가 높다. 반면 목성형 가스 행성은 질량과 크기가 큰 대신 가스가 부피의 대부분을 차지해 밀도는 낮은 편이다. 심지어 토성의 경우 물보다도 밀도가 낮아 튜브처럼 물에 뜰 수 있을 정도다.

과학자들은 우주에 토성보다 밀도가 낮은 솜사탕 행성이나 지구보다 밀도가 훨씬 높은 단단한 암석 행성이 존재한다는 사실을 알아냈다. 그중 일부는 중력으로 압축돼서 쇠로 된 공처럼 밀도가 높다. 최근 일본 우주생물학 센터의 존 리빙스턴이 이끄는 유럽과 일본의 과학자 팀은 지금까지 찾아낸 외계 행성 중 가장 밀도가 높은 행성을 찾아냈다.

지구에서 750광년 떨어진 ‘K2-360b’는 케플러 우주망원경이 2016년 찾아낸 외계 행성으로 공전 주기가 21시간에 불과한 초단주기 슈퍼 지구형 행성이다. 연구팀은 HARPS, HARPS-N 분광기 같은 최신 장비를 통해 케플러 K2-360 외계 행성계를 자세히 조사했다. 연구팀은 관측 결과 K2-360b의 정확한 지름과 질량을 알아냈는데, 지름은 지구의 1.6배, 질량은 지구의 7.7배로 확인됐다. 이 행성은 지름에 비해 질량이 높기 때문에 그 밀도는 지구보다 몇 배 높아 납과 비슷한 11±2g/㎤에 달한다.

연구팀은 K2-360b가 과거 훨씬 컸던 가스 행성의 남은 핵이라고 보고 있다. 해왕성보다 큰 가스 행성이 별에 너무 가까이 다가갔다가 가스가 너무 뜨거워지면서 크게 부풀어 오르고 강력한 항성풍에 의해 이 가스가 모두 날아갔다는 것이다. 남은 무거운 암석 핵은 철의 비율이 48%가 넘는 무거운 금속 위주의 핵으로 자체 중력에 의해 압축되어 밀도가 크게 올라간 것으로 보인다.

거대 가스 행성이 별에 바짝 붙을 정도로 가까이 다가선 이유는 확실치 않지만, 연구팀은 다른 행성의 중력을 가장 가능성 높은 가설로 지목했다. 이번 연구에서 과학자들은 두 번째 외계 행성인 K2-360c를 발견했는데, 공전 주기 9.8일에 지구 질량의 15배 정도 되는 가스 행성으로 슈퍼지구보다는 해왕성 같은 가스 행성으로 추정된다. 아마도 인접한 K2-360c와 다른 밝혀지지 않은 외계 행성의 중력이 K2-360b의 궤도를 안쪽으로 이동시켜 지금과 같은 고밀도 행성을 만든 것으로 추정된다.

우주에는 태양계에서 볼 수 없는 독특한 형태의 행성이 다수 존재한다. 과학자들은 과거에는 그럴 것으로 추정할 수밖에 없었으나 이제는 최신 관측 기술과 연구를 통해 우주의 놀라운 모습들을 이렇게 하나씩 밝혀내고 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com