지구에서 약 370광년 떨어진 곳의 젊은 별 주변에서 물질을 끌어모으며 덩치를 키우는 외계행성이 처음으로 직접 관측됐다.

미국항공우주국(NASA)의 위탁을 받아 허블 우주망원경을 운용하는 '우주망원경과학연구소(STScI)'에 따르면 이 연구소의 줄리언 지라드 박사가 이끄는 연구팀은 'PDS 70'의 원시행성 원반 안에서 중력으로 가스와 먼지를 집적하며 거대한 틈을 만들고 있는 2개의 행성을 촬영하는 데 성공했다.

PDS 70은 태양보다 크기와 질량이 약간 더 작으며, 생성된 지 600만년밖에 안 된 젊은 별이다.

▲ 외계행성 PDS 70 b,c 상상도. 별에 가까이 있는 상단 중앙 행성이 PDS 70 b, 오른쪽 앞 부분은 PDS 70 c행성으로 원반물질을 빨아들여 원반 안에 거대한 틈을 만들며 덩치를 키우는 모습을 나타내고 있다.

외계행성은 지금까지 약 4천개가 확인됐지만 직접 촬영된 것은 10여개에 불과하며 복수의 행성이 포착된 것은 행성 4개를 가진 'HR 8799'에 이어 두 번째다. 특히 외계행성이 원반의 물질을 집적하는 장면이 잡힌 것은 이번이 처음이다.

PDS 70 b, c 두 행성이 원반 내에 만든 틈은 30억~61억㎞에 달한다.

지난해 처음 관측된 PDS 70 b는 별에서 약 32억㎞가량 떨어져 궤도를 돌고 있다. 이는 태양에서 천왕성 거리에 해당하는 것이다. 무게는 목성의 4~17배에 달하는 것으로 추정됐다.

PDS 70 c는 태양에서 해왕성 거리인 약 53억㎞ 떨어진 곳에서 항성을 돌고 있으며 목성 무게의 1~10배로 PDS 70 b행성보다 작은 것으로 나타났다.

▲ PDS 70 b,c 직접 이미지. 중앙의 흰 별 표시는 두 행성을 드러내기 위해 가려진 별의 위치를 나타내는 것이며, 왼쪽 원 안이 PDS 70 b.

공전주기는 2대1로 PDS 70 b행성이 두 바퀴 돌 때 PDS 70 c행성은 한 바퀴를 돈다.

연구팀은 원시행성 원반에서 형성되는 행성이 관측이 가능할 정도로 물질을 끌어당겨 거대한 공간을 만든다는 점을 직접 보여주는 것이라는 점에서 이번 관측이 중요한 의미를 갖는다고 지적했다.

연구팀은 유럽남방천문대(ESO) 초거대망원경(VLT)의 3차원 광시야 분광관측기 MUSE(Multi Unit Spectroscopic Explorer)를 이용해 PDS 70 c를 찾아냈다.

4개의 레이저를 갖춘 직경 8ｍ 망원경의 높은 공간 해상도와, 가스가 집적되고 있음을 나타내는 신호인 수소에서 방출하는 빛에 초점을 맞춘 MUSE의 중간급 분광 해상도를 결합하는 새로운 관측법을 이용했다.

논문 제1저자인 네덜란드 레이던관측소의 세바스티안 하퍼트 연구원은 보도자료를 통해 "새 관측법은 높은 공간해상도로 은하와 성단을 연구하기 위해 개발된 것이지만 외계행성의 이미지를 포착하는 데도 적합하다"면서 "PDS 70 c를 찾아냈을 때 매우 놀랐다"고 했다.

연구팀은 이번 관측결과를 정리한 논문을 과학저널 '네이처 천문학(Nature Astronomy)' 최신호에 실었다.

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