지구에서 1만광년 떨어진 '나홀로 행성' 발견…지구보다 95배 더 무거워

태양계 밖 우리은하에서 지구보다 대략 95배 더 무거운 토성급 '나홀로 행성'이 발견됐다. 미시중력렌즈 현상으로 발견한 것은 9번째, 아인슈타인 반경 밖에서 발견되기는 처음이다. 이 발견 내용은 국제학술지 사이언스에 2일(한국시간) 발표됐다. 우주항공청(우주청)은 한국천문연구원이 참여한 국제 공동 연구진이 우리나라 외계행성탐색시스템(KMTNet)과 유럽우주국 가이아(GAIA) 우주망원경으로 토성급 질량을 보유한 '나홀로 행성'을 발견했다고 밝혔다. 나홀로 행성은 우주 공간을 홀로 떠도는 행성으로 행성계 형성과 진화를 이해하는 중요한 단서를 제공한다. 이번에 발견된 '나홀로 행성'은 국제천문연맹(IAU)가 'KMT-2024-BLG-0792'로 명명했다. KMT는 한국중력렌즈망원경(KMTNet)을 의미하고, 나머지 숫자는 2024년 우리은하 중심부 방향에서 발견한 792번째 중력미소렌즈 관측을 뜻한다. 이 행성은 토성 질량 대비 약 0.7배에 해당한다. 지구로부터 1만 광년 가량 떨어져 있다. 이 행성은 기존과 달리 지상망원경과 우주망원경을 동시에 활용해 지구로부터 떨어진 거리를 측정했다. 이 같은 방법으로 거리를 측정한 경우는 처음이다. 현재 나홀로 행성을 발견할 수 있는 유일한 방법은 미시중력렌즈 현상을 이용하는 것이다. 천문연 KMTNet 연구진은 미시중력렌즈 현상으로 이번 나홀로 행성을 발견했다. 이 현상이 일어날 당시 가이아 우주망원경이 동일 영역을 16시간 동안 6차례 관측한 자료를 바탕으로 행성 거리와 질량을 정확하게 측정했다. KMTNet은 칠레, 호주, 남아프리카공화국에 각각 설치된 망원경을 통해 24시간 연속 관측이 가능하다. 이로인해 미시중력렌즈 현상이 짧게 발생하는 '나홀로 행성'도 놓치지 않고 발견할 수 있다. 미시중력렌즈 현상은 렌즈 역할을 하는 별이 배경 천체(관측 대상 배경) 앞을 지날 때 밝기가 급상승했다가 감소하는 현상이다. 한국천문연구원 이충욱 책임연구원은 "이번 발견은 중요한 학문적 의미를 갖는다"며 "지금까지 미시중력렌즈를 통해 발견된 나홀로 행성 9개는 모두 '아인슈타인 데저트'라고 불리는 특정 범위 아인슈타인 반경 밖에서 발견되었으나, 이번 행성은 아인슈타인 데저트 내에서 발견된 첫 번째 사례"라고 말했다. 아인슈타인 반경은 미시중력렌즈 현상을 일으키는 물체 중력장이 빛을 휘게 하는 정도를 정의하는 물리적인 반경을 말한다. 아인슈타인 데저트는 약 9~25마이크로초각(µas))에 해당하는 천체가 거의 관측되지 않는 현상을 말한다. 이 범위에 속하는 질량대 천체가 드물거나, 형성 메커니즘이 다르기 때문일 수 있다는 가설이 있다. 각반경 크기는 천체 질량이 클수록 커지며, 아인슈타인 테저트 왼쪽(≤9µas)은 질량이 작은 행성, 오른쪽(≥25µas)은 갈색왜성과 별들로 보인다. 연구팀은 수보(Subo Dong, 1저자 및 교신저자, 베이징대), 젝수안 우(Zexuan Wu, 2저자, 베이징대), 류윤현 연구원(3저자, 천문연), 이충욱 연구원(교신저자, 천문연) 등이 참여했다. 우주청 강경인 우주과학탐사부문장은 “천문연에서 구축한 KMTNet 덕분에 미시중력렌즈 현상을 이용한 행성 발견에 우리나라가 기여하고 있다"며 "향후에도 지상망원경과 국제 우주망원경들 간 동시관측 등을 통해 새로운 발견을 지속 지원할 것"이라고 말했다.