태양계에서는 목성이 압도적으로 크지만 이런 목성 질량의 3배에 달하는 초대형 행성이 지금까지 보지 못했던 길쭉한 달걀 모양의 궤도를 그리며 별을 도는 것이 관측됐다.

캘리포니아공과대학(Caltech)에 따르면 이 대학 천문학 교수 앤드루 하워드 박사가 이끄는 연구팀은 지구에서 약 102.7광년 떨어진 별 'HR 5183' 주변을 특이하게 도는 b행성을 관측한 결과를 학술지 '천문학 저널(The Astronomical Journal)'에 발표했다.

이 행성은 태양계로 따지면 안쪽 궤도는 화성과 목성 사이에 있는 소행성 벨트까지 별에 다가섰다가 바깥쪽 궤도는 해왕성 너머까지 나가는 극심한 타원 궤도를 가진 것으로 밝혀졌다.

▲ 태양계 행성과 태양계에 비교한 HR 5183 b 궤도.태양과 가장 가까이 있는 것으로 묘사된 행성이 목성이며, 왼쪽 상단의 행성이 HR 5183 b다. 이 행성의 궤도는 목성 안쪽에서 해왕성 밖까지 달걀 모양으로 뻗어있다.

별에서 멀리 떨어진 행성은 원(圓) 운동에서 벗어나는 이심률이 매우 낮아 궤도가 원에 가까운 것이 일반적이지만 'HR 5183 b'는 지금까지 발견된 어떤 외계행성보다도 이심률이 높게 나타났다.

연구팀은 별을 도는 행성이 잡아당기는 힘으로 별빛이 미세하게 흔들리는 것을 포착하는 이른바 '시선속도법(radial velocity method)'으로 HR 5183 b 행성의 존재를 확인했다.

이 방법은 행성이 별을 한 바퀴 완전히 도는 동안 수집한 자료를 분석해야 해 공전주기가 수십 년에서 수백 년이 될 수 있는 행성은 포착하기 어려운 점이 있었다.

하워드 박사가 이끄는 '캘리포니아 행성 탐사(CPS)' 그룹은 수십 년에 걸쳐 시선속도법으로 공전주기기 긴 행성을 주로 관측해온 몇 안 되는 연구팀으로, 이런 점이 HR 5183 b의 궤도를 확인하는 데 도움이 됐다.

연구팀은 1997년 하와이 W.M.켁 천문대의 고해상도 에셀분광기(HIRES)를 이용해 HR 5183를 관측하기 시작했으며 20년 이상의 관측 노력 끝에 HR 5183 b를 찾을 수 있었다고 한다.

HR 5183 b의 공전주기가 대략 45~100년에 달해 완전한 공전 자료를 확보하지는 못했지만 최근 2년간 HR 5183 b가 보인 특이한 궤도를 토대로 행성의 존재를 확인했다.

하워드 교수는 "이 행성은 대부분의 시간을 바깥 궤도에서 움직이다 안쪽에서 가속하기 시작한 뒤 별 주변에서 (중력의 힘으로 가속하는) 슬링샷 움직임을 보였다"면서 "우리는 이 행성이 안쪽으로 들어왔다가 밖으로 빠져나가는 것을 관측했으며, 이를 통해 행성의 완전한 궤도를 보지는 못했지만, 행성의 존재를 확신할 수 있었다"고 설명했다.

이번 관측 결과는 공전주기가 긴 행성의 공전이 끝날 때까지 수십 년을 기다리지 않고도 시선속도법을 이용해 행성을 포착할 수 있는 가능성을 열어놓은 것으로 평가됐다.

행성은 별이 주변 원반에 남긴 물질에서 형성되는 만큼 초기에는 평평한 상태로 원에 가까운 궤도를 갖지만, 나중에 다른 천체의 중력 작용을 받아 궤도가 변하는 것으로 추정돼왔다. HR 5183 b도 비슷한 크기의 행성에 근접했다가 중력에 밀리면서 이심률이 높은 궤도를 갖게 된 것으로 분석됐다.

논문 제1저자인 캘텍 대학원생 사라 블런트는 "HR 5183 b는 태양계의 행성과는 다르며, 더 나아가 우리가 지금까지 발견한 어떤 외계행성과도 차이가 있다"고 했다.

하워드 교수는 "코페르니쿠스는 지구가 태양계의 중심이 아니라는 점을 가르쳐줬지만 우리가 태양계 밖 외계행성으로 탐사 범위를 넓힐 때 태양계와 똑같은 행성계가 존재할 것으로 기대했고, 이와 달리 놀라운 일이 꼬리를 물고 이어지고 있다"면서 "이번에 새로 발견된 행성은 다른 행성계가 태양계와 같지 않다는 또 다른 사례로, 우주의 놀랄만한 다양성을 보여주는 것"이라고 했다.

국제팀  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>