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- 외계 위성 후보: 거대한 가스 행성, 갈색 왜성은 다시 왜성 주위를 공전
- 이 삼중 천체는 중심별과 그 위성인 갈색 왜성, 그리고 갈색 왜성 자체도 위성을 가진 구조로 이루어져 있다.

외계 위성일까, 행성일까? 천문학자들이 수수께끼 같은 천체를 발견했다.

천문학자들이 수수께끼를 던지는 외계 위성 후보를 발견했다. 이 위성은 얼음이나 암석으로 이루어진 위성이 아니라, 거대한 가스 행성이다. 이 가스 행성은 갈색 왜성을 공전하고, 갈색 왜성은 다시 왜성 주위를 공전한다. 이처럼 세 개의 천체가 서로 연결된 구조는 이전에는 관측된 적이 없다고 연구팀은 학술지 '네이처'에 발표했다. 이 거대한 외계 위성 후보는 기존의 행성과 위성에 대한 정의에도 의문을 제기한다. 

▲ 천문학자들이 독특한 삼중성계를 발견했다. 이 삼중성계는 별 주위를 갈색왜성이 공전하고, 그 갈색왜성 주위를 가스행성이 공전하는 구조다. 사진: © ESO/ M. Kornmesser

외계 위성은 공상 과학 소설에서는 흔히 등장한다. 영화 '아바타'의 판도라가 그 예다. 하지만 현실 우주에서는 여전히 드물다. 천문학자들은 가스 행성 케플러-1625b와 케플러-1708b 주위를 공전하는 위성, 그리고 화산 활동을 하는 것으로 추정되는 WASP-49b 주위의 위성 등 몇몇 외계 위성 후보를 발견했지만, 이들은 행성의 통과 광도 곡선에서 나타나는 불규칙성이나 스펙트럼에서 추가된 선들을 통해서만 존재를 알 수 있었다.

이제 또 다른 매우 특이한 후보가 등장했다. 칠레 디에고 포르탈레스 대학교의 케빈 호이(Kevin Hoy) 교수가 이끄는 천문학자들은 지구에서 73광년 떨어진 CD-35 2722라는 별을 관측하던 중 이 후보를 발견했다. 이 왜성에는 태양 질량의 절반 정도 되는 질량을 가진 갈색 왜성이 먼 거리에서 공전하고 있다. 이 "실패한 별"은 목성 질량의 약 30배에 달하는 질량을 가지고 있으며, CD-35 2722 B로 명명되었다.

▲ 천문학자들은 왜성 CD-35 2722와 그 동반성인 갈색왜성 CD-35 2722 B의 빛 스펙트럼을 분석하여 이 항성계 내 다른 천체에 대한 단서를 찾았다. © ESO/ M. Kornmesser

특징적인 흔들림

이 별에 대해 더 자세히 알아보기 위해 천문학자들은 칠레에 있는 초대형 망원경(VLT)의 CRIRES+ 분광기를 사용해 2년 반 동안 반복적으로 관측했다. 기록된 스펙트럼에서 그들은 이 별에 존재할 가능성이 있는 다른 천체의 중력적 영향에 대한 증거를 찾았다. 만약 그러한 행성이 존재한다면, 스펙트럼선에 특징적인 변화가 나타난다. 천문학자들은 이미 이러한 시선 속도법을 사용해 수많은 외계행성을 발견했다.

호이와 그의 연구팀은 놀라운 발견을 했다. 스펙트럼 분석 결과, 목성 질량과 비슷한 세 번째 천체의 신호가 포착된 것이다. 천문학자들은 일반적으로 이러한 천체는 가스 행성, 즉 외계 행성으로 분류된다고 설명했다. 그러나 이번에 발견된 천체는 중심별이 아닌 갈색 왜성을 공전하고 있다. 따라서 이 삼중 천체는 중심별과 그 위성인 갈색 왜성, 그리고 갈색 왜성 자체도 위성을 가진 구조로 이루어져 있다.

외계 위성의 존재를 명확히 보여주는 최초의 증거

천문학자들은 "이 신호가 확인된다면, 우리가 아는 한 이러한 계층 구조를 가진 천체가 관측된 것은 이번이 처음일 것"이라고 설명했다. 동시에 이 삼중 천체는 우리 태양계의 기존 분류 체계로는 설명하기 어렵다. 호이는 "이 외계 위성은 행성이라고 할 만큼 질량이 충분히 크지만, 중심별을 공전하는 것이 아니라 중심별을 공전하는 물체를 공전한다"라고 설명했다. 이는 새로 발견된 천체가 실제로 위성일 가능성을 시사한다.

산티아고에 있는 젊은 외계행성과 위성 밀레니엄 핵(YEMS)의 공동 저자인 앨리스 줄로(Alice Zurlo)는 "이 시스템은 정말 독특하며 획기적인 발견이다. 외계위성을 그럴듯하게 탐지한 최초의 사례다"고 말했다. 이전의 외계위성 후보들과는 달리, 이 외계위성은 시선 속도법을 사용하여 탐지됐다.

천문학자들은 "우리의 데이터에서 170일 주기의 명확한 패턴을 확인했는데, 이는 오탐지 임계값보다 훨씬 높다. 따라서 이 주기적인 신호가 실제일 가능성이 매우 높다"고 밝혔다.

이것이 진정한 위성일까?

새롭게 발견된 CD-35 272 삼중성계의 위성은 최초로 확실하게 외계위성으로 확인된 사례일 수 있다. 그러나 가장 중요한 질문은 이 가스 행성이 엄밀한 의미에서 위성인지 아닌지다. 국제천문연맹(IAU)의 정의에 따르면, 이러한 천체는 사실 행성에 해당한다. 호이와 그의 동료들은 "IAU 정의는 갈색왜성을 공전하는 행성 질량을 가진 천체를 행성으로 명시적으로 규정하고 있다"고 설명했다.

하지만 IAU 정의는 아직 이러한 천체의 계층적 위치를 고려하지 않고 있으며, 현재 외계위성에 대한 별도의 정의도 없다. CD-35 272와 그 동반 천체들은 우리 태양계에서 행성과 위성을 비교적 간단하게 구분하는 것이 우주 다른 곳에서는 훨씬 더 복잡하다는 것을 보여준다.

천문학자들은 "CD-35 2722 B의 위성과 같은 천체를 위해 완전히 새로운 범주를 만드는 것이 최선일지도 모른다"고 결론지었다. 이 범주는 갈색 왜성을 공전하는 천체를 분류하는 데 사용될 수 있다. 이러한 범주는 더욱 강력한 망원경이 가동되어 이러한 시스템을 더 많이 탐지할 수 있게 되면 필요해질 수 있다.

출처:
Kevin Hoy (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile) et al., Nature, 2026; doi: 10.1038/s41586-026-10751-w

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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