목성 크기에 질량은 100분의 1 수준...'솜사탕'같은 초저밀도 행성
[데일리포스트=김정은 기자] 미국 항공우주국(NASA)이 허블 우주망원경으로 관측한 초저밀도 행성의 세부 사항을 공개했다. 지구에서 약 2600광년 떨어진 곳에 위치한 새로운 행성 종류인 케플러 51 항성계 행성은 알려진 행성 가운데 밀도가 가장 낮아, 마치 솜사탕처럼 가볍다는 이유에서 ‘슈퍼 퍼프(super-puffs) 행성’으로 불린다.
태양계 행성은 지구형 행성·얼음 행성·가스 행성의 세 가지 유형으로 분류되어 왔다. 하지만 51 항성계에 위치한 ▲케플러 51b ▲케플러 51c ▲케플러 51d 세 개의 행성은 태양계의 기존 행성과는 다른 가벼운 밀도의 새로운 형태의 행성이다.
케플러-51 b, c, d 행성은 2018년 11월 15일 운용이 종료된 케플러 우주망원경으로 처음 발견됐다. 2012년 3월 발견 당시에도 밀도가 매우 낮다는 사실이 확인됐지만, 어떤 물질로 구성되었는지 등 상세한 내용은 밝혀지지 않았다.
콜로라도 대학에서 행성과학을 연구하는 제시카 리비 로버츠(Jessica E. Libby-Roberts) 연구팀은 허블 우주망원경으로 3개 행성의 상세한 관측을 실시했다. 연구 결과는 국제학술지 '천문학 저널'(The Astronomical Journal)에 게재됐다.
아래 이미지의 상단 3개 행성이 순서대로 케플러 51b·케플러 51c·케플러 51d다. 그리고 하단 왼쪽부터 지구·해왕성·천왕성·토성·목성이다.
연구팀이 허블 우주망원경에 탑재된 ‘광시야 카메라 3’(Wide Field Camera 3)로 관찰한 결과, 3개의 행성은 모두 1세제곱센티미터(㎤) 당 질량이 0.1g에 불과했다. 케플러-51d는 목성과 거의 같은 크기임에도 질량은 100분 1에 지나지 않는다는 계산이 나온다.
리비 로버츠는 "3개 행성의 밀도는 거리에서 파는 솜사탕과 거의 동일하다. 밀도가 낮다는 것은 알고 있었지만, 목성 크기의 솜사탕은 상상도하지 못했다"고 말했다.
연구팀은 다음으로 투과 스펙트럼 분석을 통해 '케플러 51b'와 '케플러 51d'의 구성 물질을 조사하려고 했지만 두꺼운 구름으로 인해 화학적 구조 데이터는 파악할 수 없었다. 하지만 행성 대기에 물이 존재하지 않는다는 관측결과와 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 두 행성의 질량 대부분이 수소와 헬륨임을 밝혀냈다.
리비 로버츠는 행성 대기 아래를 조사하지 못한 이유에 대해 "토성 위성인 타이탄과 같은 두꺼운 메탄으로 덮여있는 것이 원인이다. 메탄가스는 자외선에 의해 분해되면 탄소질을 많이 함유한 농밀한 가스를 발생시킨다"고 설명했다.
3개의 행성은 밀도가 너무 낮아, 스노우 라인(snow line:메탄 등 수소화합물이 응집해 기체에서 고체가 되는 충분한 거리) 외부에서 탄생한 후 항성 근처로 이동한 것으로 추정된다. 또 3개 행성 가운데 항성에 가장 가까운 '케플러 51b'는 초당 수백억 톤의 대기를 날리고 있기 때문에 약 10억 년 후에는 해왕성처럼 작고 평범한 행성이 될 전망이다.
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2019-12-20 08:21:00Z
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