물체가 있으면 주변 공간 휘어지는
미시중력렌즈 효과 이용 관측 가능
천문연구원, 유럽우주국과 협력해
토성급 질량 가진 나홀로 행성 발견


행성은 스스로 빛을 내지 못하고 자신이 속한 항성의 빛을 반사해서 그 존재를 알린다. 이것이 보통 행성과 항성을 구분할 때 하는 말이다. 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 같은 천체처럼 눈에 보이면서 항성과 다른 겉보기 움직임을 보이는 것을 전통적으로 행성이라고 불렀다. 우리가 살고 있는 지구도 행성 중 하나다. 망원경을 통해서 눈에는 보이지 릴짱 않던 천왕성과 해왕성이 발견됐다. 1930년에는 태양계의 아홉 번째 행성인 명왕성이 발견됐다. 그런데 명왕성 궤도 근처에서 열 번째 행성이 될 후보가 발견됐다. 천문학자들은 고민에 빠졌다. 명왕성 궤도 근처와 그 너머에 열한 번째, 열두 번째를 넘어서 수도 없이 많은 행성 후보들이 존재할 가능성이 커졌기 때문이다. 이들은 명왕성처럼 상대적으로 작고 공전 궤 릴게임모바일 도가 많이 일그러진 천체였다.

2006년 국제천문연맹 총회에서 행성의 정의에 관한 결의안이 통과됐다. 행성은 전통적으로 별다른 이견 없이 행성이라고 불러 왔는데 놀랍게도 그동안은 행성에 관한 정확한 정의가 없었다. 이때 만들어진 행성의 정의는 세 가지로 요약할 수 있다. 태양 주위를 돌고 있으면서 공 모양을 하고 있고 바다이야기오리지널 주변의 천체에 비해서 압도적이어야 한다는 것이 행성의 정의로 채택됐다. 명왕성은 앞의 두 조건은 만족했지만 세 번째 조건을 만족하지 못하고 행성의 지위를 유지하는 데 실패했다. 명왕성의 위성으로 알려진 샤론은 명왕성의 크기의 절반 정도 되고 질량은 8분의 1 정도 된다. 명왕성과 샤론 모두 다른 천체를 중력적으로 압도하지 못한다. 두 천체의 바깥에 있는 질 바다신2 다운로드 량 중심을 놓고 같이 돌고 있다. 그래서 이 두 천체를 이중행성계로 부르기도 했다.
명왕성을 제외한 8개 행성이 태양계의 행성으로 정의되고 있다. 명왕성을 비롯한 비슷한 천체들은 왜소행성으로 따로 분류하고 있다. 태양계 내 천체에 대한 행성의 정의가 마련되기는 했지만 이 정의에 따르면 행성은 반드시 자신이 속한 항성이 있어야 한다. 그런데 사이다쿨 어느 항성에도 속하지 않은 행성이 존재한다는 게 알려졌다. 이런 행성을 나홀로 행성이라고 한다. 영어로는 ‘Rogue Planet’이라고 한다. 나홀로 행성은 떠돌이 행성 또는 외톨이 행성으로도 불린다. 자신이 속한 중심별인 항성이 없는 행성을 말한다. 태양계 같은 전형적인 항성계나 행성계에 속하지 않은 행성을 나홀로 행성이라고 한다.



지상망원경인 KMTNet와 가이아 우주망원경으로 토성급 질량의 나홀로 행성을 관측하는 방법 가상도. 지상과 우주 공간에 있는 두 대의 망원경 시스템을 이용한 동시 관측으로 나홀로 행성의 질량과 거리를 정확하게 측정할 수 있다. 한국천문연구원 제공


나홀로 행성도 행성이다. 핵융합 작용을 통해서 스스로 빛을 만들어 별빛을 내는 별을 항성이라고 한다면 이 작용을 통해서 빛을 내지 못하는 천체를 행성이라고 할 것이다. 물론 통상적으로 자신이 속한 항성의 빛을 반사해서 자신의 존재를 드러내는 행위는 할 수 있지만 말이다. 나홀로 행성은 어떻게 존재할 수 있을까. 태양계 같은 항성계에서 항성과 행성이 먼저 형성된 후 또는 형성 과정에서 행성이 항성계를 탈출한 경우를 생각할 수 있다. 특히 항성계가 형성되는 과정이나 항성이 일생을 마칠 무렵의 불안정한 상황에서는 항성계에 속해 있던 행성이 탈출할 가능성이 있다. 또는 처음부터 항성을 갖지 않은 채 나홀로 행성이 생성되었을 수도 있다. 보통 성운이 중력 수축 과정을 통해서 항성과 행성을 형성한다. 그런데 수축된 성운의 중심부가 충분히 밀도가 높지 못하고 온도가 충분히 높지 못하면 뭉쳐진 성운에서 핵융합 작용이 일어나지 않은 채 천체가 되는 경우가 있을 수 있다. 핵융합 작용을 통해서 빛을 만들어내야 항성이 되는데 이 작용을 할 정도의 질량을 확보하지 못한 채 탄생한 천체가 있을 수 있다는 말이다. 갈색왜성이라고 부르는 천체가 이에 속한다. 이보다 더 작은 목성 같은 천체가 모항성 없이 생겨났다면 이 행성은 자신이 속한 항성이 없는 나홀로 행성이 될 것이다. 두 가지 가능성이 모두 존재한다. 이런 관점에서 본다면 우주에는 수많은 나홀로 행성이 존재할 수 있다. 나홀로 행성의 형성 과정을 탐구하면 항성과 행성의 형성 과정에 대한 이해를 더 높일 수 있을 것이다. 어쩌면 나홀로 행성의 수가 항성에 속한 행성의 수보다 더 많을 수도 있다. 나홀로 행성의 관측은 항성과 행성 형성에 관한 이해에 아주 중요한 역할을 할 것이다.
나홀로 행성은 어느 항성에 속해 있지 않기 때문에 별로부터 에너지를 받지 못한다. 빛을 반사해서 자신의 존재를 드러내지도 못한다. 이런 이유로 나홀로 행성을 관측하는 것은 무척 어렵다. 현재 나홀로 행성을 관측할 수 있는 거의 유일한 방법은 미시중력렌즈 효과를 이용하는 것이다. 아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 어떤 물체가 존재하면 그 주변 공간이 휘어진다. 어떤 천체를 관측하고 있을 때 관측하고 있는 천체와 관측자 사이에 보이지 않는 천체(예: 나홀로 행성)가 존재한다면 보이지 않는 천체가 주변 공간을 휘게 만들 것이다. 따라서 관측하고 있는 천체의 빛은 휘어져서 보이고 원래 밝기보다 더 밝게 보이게 될 것이다. 중간의 렌즈 효과를 하는 천체가 사라지면 다시 원래 밝기로 돌아올 것이다. 이것이 미시중력렌즈 효과다. 이 방법을 통해서 보이지 않는 나홀로 행성의 존재를 관측할 수 있다. 최근에 한국천문연구원은 우리나라의 외계행성 탐색 시스템인 KMTNet(Korea Microlensing Telescope Network)와 유럽우주국의 우주망원경의 미시중력렌즈 효과 관측 자료를 활용해서 토성급 질량을 가진 나홀로 행성 ‘KMT-2024-BLG-0792’를 발견했다. 지상과 우주 공간에 있는 두 대의 망원경 시스템을 통한 동시 관측을 통해서 이 나홀로 행성의 질량과 거리를 정확하게 측정할 수 있었다. 지금까지 관측된 나홀로 행성은 9개에 불과하다. 이번 관측은 나홀로 행성의 물리적 특징을 정확하게 측정함으로써 항성과 행성의 형성에 대한 연구의 깊이를 더할 것으로 기대된다.
이명현 과학콘텐츠그룹 갈다 대표
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