국내연구진, 태양계와 닮은 외계 행성계 최초 발견
- 연구 논문 ‘사이언스’지에 수록 -
중력렌즈 방법을 이용하여 외계행성 찾기 프로젝트에 참여하고 있는 충북대학교 한정호(물리학과) 교수와 한국천문연구원 박병곤 부장, 이충욱 연구원 등으로 이루어진 한국 연구진은 최근 우리 태양계와 닮은 외계 행성계를 발견하였고, 그 결과가 ‘사이언스’지(2월 15일자)에 게재되었다.
이번에 발견된 외계 행성계는 궁수자리 방향, 즉 우리 은하계의 중심방향으로 약 5,000광년 떨어진 곳에 위치하고 있다. 중심 별 (OGLE-2006-BLG-109L)은 태양 절반 정도의 질량을 가지고 있으며, 새로 발견된 두 행성은 중심별로부터 각각 지구-태양 거리의 2.3배와 4.6배 정도 떨어져서 공전하고 있는 것으로 추정된다(그림 1, 2, 3참조). 행성들의 질량은 각각 목성의 0.71배와 0.27배 정도로 측정됐다.
새로 발견된 행성계는 중심별과 행성의 질량비, 떨어진 거리, 행성들의 표면온도 등을 고려할 때 우리 태양계의 ‘태양-목성-토성’의 축소판으로 볼 수 있다. 따라서 지금까지 외계 행성계를 발견한 경우는 여러 차례 있지만, 이와 같이 우리 태양계와 유사한 외계 행성계 검출은 이번이 처음이다.
이번 발견은 중력렌즈 방법을 사용함으로써 가능하였고, 미국 애리조나에 있는 한국천문연구원 소속 1.0m 레몬산 망원경을 비롯한 여러 관측 장비가 동원되었다. 중력렌즈 분야에 있어서 국내 연구진들은 세계적 수준에 있으며, 한정호 교수, 박병곤 박사는 이미 이 방법을 이용하여 2005년 목성급 행성과 2006년 해왕성급 행성을 발견한 바 있다.
<그림 1. 이번에 발견한 외계 행성계. 우리의 태양계와 비슷한 조건을 가지고 있을 것으로 추정된다.>
<그림 2. 외계 행성계의 상상도. 멀리 보이는 별은 중력렌즈효과에 의해 밝기가 변하는 별이다.>
<그림 3. 새로 발견된 행성계의 모식도>
• 중력렌즈 현상이란 무엇인가?
중력렌즈란 두 개의 천체가 관측자의 시선방향에 겹쳐 놓일 때 앞 천체 때문에 뒤 천체의 빛이 휘어져(그래서 렌즈라는 표현을 사용) 관측자에게 밝기가 증폭되어 보이는 현상을 말한다.(그림 4 참조) 이 때 렌즈 역할을 하는 앞의 천체가 단순한 별이 아니라 행성을 거느리고 있을 경우, 빛의 밝기 변화는 두 번 이상 밝아지는 특이한 현상을 나타낸다.(그림 5 참조) 또한 두 개 이상의 외계행성이 존재하는 경우에는 이러한 밝기 변화가 더욱 복잡한 양상을 보인다.(그림6 참조)
중력렌즈 현상을 이용할 경우 다른 외계행성 탐색 방법에 비하여 더 멀리 있는 작은 질량의 행성을 탐색하는데 유리하다.
• 중력렌즈에 의한 다중 행성계 탐색
다중 외계 행성계는 다른 방법을 통해서도 검출될 수 있다. 하지만 이들 방법들을 통해 검출될 수 있는 행성들은 별로부터 가까이 위치한 행성들에 국한된다. 지구보다 더 멀리 위치한 목성과 토성에 대해서는 검출확률이 매우 낮은 것이다. 반면 중력렌즈 방법은 거대행성이 밀집되어 있는 “스노우 라인”에 위치한 행성들을 높은 확률로 검출할 수 있다. 스노우 라인이란 중심별로부터 상당히 떨어져 물이 얼음으로 존재하는 지역을 지칭한다.
얼음과 같은 고체 상태의 물질은 밀도가 높아 거대행성 형성의 기초가 되는 커다란 중심핵 형성을 도와준다. 따라서 행성계 대부분의 질량을 차지하는 거대행성은 이 지역에서 형성된다. 이번 연구결과는 외계 행성계에서 거대행성들이 우리 태양계와 같이 스노우 라인에 집중되어 위치함을 밝힌 것이다.
<그림 4. 멀리 떨어진 별이 A에서 C로 이동하면서 중력렌즈 현상을 겪게 되면 이 별의 밝기는 시간에 따라 연속적으로 변하게 된다. 별이 A의 위치에 있을 경우, 그 별의 밝기는 A'과 같다. 그러나 별이 이동하여 B의 위치로 오면, 중력렌즈현상을 일으키는 별에 의해 빛의 경로가 휘어지고, B'과 같이 밝기가 증가한다. 특히 중력렌즈현상을 일으키는 별이 행성을 가지고 있을 경우, 배경별이 행성의 존재를 알리는 독특한 신호를 발생시켜, 행성에 대한 정보를 알려준다.>
<그림 5. 하나의 행성을 거느리고 있는 별빛의 밝기 변화. 별의 밝기 변화와 더불어 행성에 의해, 또 한번의 급격한 밝기 변화를 겪는다.>
<그림 6. 이번 연구에서 나타난 별빛의 밝기 변화 그래프. 별빛의 밝기 변화를 통해 새로운 행성계를 발견하였다.>
<자료출처 : 한국천문연구원>
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