목성 9배 초거대 '가스 행성' 탄생의 비밀은 - 전자신문

<초거대 가스행성 상상도. 사진=미 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 우주망원경연구소(STScl) 조셉 옴스테드>

허블우주망원경이 표준 모델이 아닌 새로운 방식으로 형성되고 있는 초거대 가스행성을 발견했다.

목성처럼 큰 대형 가스행성은 먼지 알갱이에서 바위에 이르는 크기의 미행성이 충돌하며 축적돼 지구보다 더 큰 핵을 만든 뒤 가스를 끌어들여 형성됐다는 ‘핵 강착(core accreption)’ 모형이 표준으로 제시돼 왔다. 태양~지구 거리(1au)의 5~10배에서 형성된 목성이나 토성 등이 예이다.

<주별 주변으로 공전하고 있는 초거대 가스행성 ‘마차부자리 AB b’ 프로토타입이 보인다. 2007년과 2021년 사진을 비교해 시계 반대방향으로 움직인다는 사실을 알아냈다. 사진=미 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 스바루 망원경 천문대 테인 커리>

그러나 최근 일본 국립천문대 연구진은 거대한 핵을 형성할 만큼 미행성이 충분하지 않은 조건에서 형성되고 있는 초대형 가스 행성을 포착해 ‘원반 불안정(disc instability)’ 가설의 증거로 제시했다. 이번 연구결과는 과학 저널 ‘네이처 천문학’을 통해 발표됐다.

원반 불안정 가설은 중력 불안정으로 가스 원반이 크게 쪼개지며 붕괴하는 과정을 통해 형성됐을 수 있다는 이론이다. 간단히 말하면 가스 구름이 중력에 끌려 뭉치면서 원시 행성이 형성됐다는 하향식 이론이다. 상향식 중심 생장 모델인 핵 강착 가설과 배치된다.

허블이 발견한 가스 행성은 지구에서 약 531광년 떨어진 ‘마차부자리 AB b’이다. 젊은 별 주변 원시행성계 원반 안에서 형성되고 있다.

이 가스행성은 약 200만년 밖에 안된 젊은 별 ‘마차부자리 AB’를 약 137억km라는 엄청난 거리에서 공전하고 있다. 표준 모델인 핵 강착 이론으로 형성되기에는 오랜 시간이 걸린다는 것이 연구팀의 설명이다

<주별 ‘마차부자리 AB’를 중심으로 공전하며 형성 중인 초거대 가스행성 ‘마차부자리 AB b’. 공전 반지름은 해왕성 공전 궤도(점선)의 두 배에 이른다. 사진=스바루 천문대>

테인 커리 박사가 이끄는 연구팀은 허블우주망원경과 하와이에 있는 스바루 망원경을 이용해 관측한 마차부자리 AB b의 모습을 비교해 이 같은 결론을 내렸다. 행성의 항적에서는 원반 불안정 가설이 이전부터 예측해 온 현상인 원반 물질의 소용돌이도 관측됐다.

커리 박사는 “자연은 현명하며, 다양한 방식으로 행성을 형성할 수 있다”며 “이번 발견은 일부 거대 가스행성들의 ‘원반 불안정’ 형성 가설을 입증하는 강력한 증거가 될 것”이라고 설명했다. 이어 “이번 연구는 오랜 기간 자료를 축적한 허블망원경 덕에 가능했다”고 덧붙였다.

전자신문인터넷 서희원 기자 (shw@etnews.com)

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