요약:
천문학자들은 최근 아주 어린 거대 외계행성인 엘리아스 2-24b를 확인했습니다. 이 행성은 지구에서 약 450광년 떨어져 있으며 나이는 100만년이 채 되지 않습니다. 이 별은 여전히 모항성 주변의 가스와 먼지 원반 깊숙이 묻혀 있으며 주변 물질로부터 물질을 계속해서 축적하고 있습니다. 지금까지 발견된 행성 중 가장 어린 행성일 뿐만 아니라 현재 예상되는 행성 형성 이론보다 훨씬 빠르게 형성되었습니다.
엘리아스 2-24 b는 목성과 질량이 거의 같고, 그것이 속해 있는 항성계는 아직 진화의 초기 단계에 있습니다. 어린 별이 탄생한 후에는 대개 그 주변에 다량의 가스, 먼지, 얼음, 암석 물질이 남아 있으며, 이것이 별 주위를 회전하여 원시 행성 원반을 형성합니다. 시간이 지남에 따라 원반 속의 물질은 중력의 영향을 받아 점차 충돌하고 모여서 점점 더 큰 천체를 형성하고 결국 행성으로 성장했습니다. 천문학자들이 그 과정에서 행성을 직접 관찰하는 것은 극히 드뭅니다. 새로 태어난 행성은 종종 그것을 형성한 가스와 먼지에 의해 가려지기 때문입니다.
연구원들은 이전에 축적된 관측 데이터를 재분석하기 위해 하와이 켁 천문대의 코로나그래프를 사용했습니다. 코로나그래프는 별의 매우 밝은 빛을 차단하여 천문학자들에게 근처의 훨씬 덜 빛나는 물체를 검색할 수 있는 기회를 제공합니다. 연구팀은 이전에도 물질 원반을 둘러싸고 있는 7개의 별을 관측한 바 있으며, 이들 원반의 고리나 틈 등의 구조가 행성 형성과 관련이 있을 가능성이 있는 것으로 여겨져 왔다.
그 중 엘리아스 2~24 주변의 먼지 원반에는 아주 확연히 좁은 틈이 있습니다. 연구자들은 만약 행성이 이곳에서 자라면 그 중력이 주변 물질을 계속해서 빨아들이고 원반의 궤도를 비워 명백한 간격을 만들 것이라고 믿습니다. 마침내 연구자들은 이 간격 안에서 엘리아스 2-24b를 발견했습니다.
이 행성의 발견은 실제로 약 10년 전으로 거슬러 올라갑니다. 이전에 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)는 Elias 2-24 주변의 먼지 원반에서 틈을 발견했습니다. 그 후, 유럽 남부 천문대의 VLT(Very Large Telescope)는 이 간격에서 매우 희미한 빛의 점을 발견했습니다. 당시 천문학자들은 그것이 행성이 만들어지고 있는 것일지도 모른다고 의심했지만, 이 설명은 기존의 행성 형성 모델과 일치하기 어려웠습니다.
문제는 이 후보 행성이 모항성과 매우 멀리 떨어져 있다는 것입니다. 즉, 지구에서 태양까지의 거리의 약 55배입니다. 현재 이론에 따르면, 태양으로부터 목성의 궤도와 같은 거리에 목성 질량의 거대 행성이 형성되는 데는 약 500만년이 걸리며, 항성에서 멀어질수록 일반적으로 더 오랜 시간이 걸린다. 그러나 엘리아스 2-24b가 위치한 항성계는 나이가 100만년 미만이므로 이론적으로 예상했던 것보다 훨씬 짧은 시간에 대규모 성장을 완료했음이 틀림없다.
그런 다음 연구원들은 신비한 광점이 이미 나타났는지 확인하기 위해 Keck 천문대의 역사적 관측 파일을 검색했습니다. 그 결과, 2018년과 2020년 켁 망원경의 관측 데이터에도 동일한 희미한 광원이 나타났다는 사실이 드러났다. 서로 다른 연도의 관측을 결합하고 시간이 지남에 따라 그 지점의 위치를 추적함으로써 연구자들은 배경 별이나 망원경의 이미징 과정에서 생성된 인공물이 아닌 별을 공전하는 행성과 일치하는 방식으로 움직이는 것을 발견했다.
이러한 장기간의 관찰을 통해 연구팀은 마침내 이 신비한 광점이 엘리아스 2-24b임을 확인할 수 있었습니다. 목성에 가까운 질량을 갖고 있을 뿐만 아니라, 아직 주변 물질을 계속 강착시키는 성장 단계에 있기 때문에 천문학자들은 실제로 거대 행성의 '탄생' 과정을 관찰하고 있다.
이 발견은 행성 형성에 관한 기존 이론에 새로운 도전을 제기합니다. 이전에 PDS 70 및 WISPIT 2 시스템에 있는 것으로 생각되었던 가장 어린 행성은 모두 500만 년이 넘었습니다. 엘리아스 2-24b는 100만년이 채 안 됐지만 목성의 질량만큼 커졌다. 이는 거대 행성의 형성 속도가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 빠를 수 있음을 시사한다.
연구원들은 은하수가 끊임없이 새로운 별과 행성을 형성하고 있기 때문에 실제로 우주에는 다양한 진화 단계에 행성이 존재한다고 지적했습니다. 하지만 기존 망원경이 직접 관측할 수 있는 범위는 여전히 매우 제한적이다. 확인된 약 6,000개의 외계 행성 중 대부분은 수십억 년 된 행성이며 일반적으로 부모 별에 상대적으로 가까운 궤도를 돌고 있습니다. 대조적으로, 새로 태어난 행성은 두꺼운 먼지와 가스층에 숨겨져 있어 천문학자들이 직접 관찰하기 어려운 경우가 많습니다.
전통적인 외계 행성 발견 방법은 이러한 편견을 더욱 악화시킵니다. 행성이 지구 관찰자와 별 사이를 통과할 때 별의 빛의 일부를 잠시 차단하여 별의 밝기가 약간 감소하는 통과 방법을 통해 많은 수의 외계 행성이 발견됩니다. 그러나 어린 행성의 경우 두꺼운 먼지 원반이 이를 가릴 수 있으며, 별에서 멀리 떨어진 행성은 공전 주기가 매우 길기 때문에 통과 현상이 더 드뭅니다.
엘리아스 2-24b는 따라서 과학자들에게 거대 행성의 초기 성장을 직접적으로 연구할 수 있는 극히 드문 기회를 제공합니다. 연구자들은 이러한 유형의 매우 어린 행성이 이론적 계산, 컴퓨터 시뮬레이션 및 젊은 별 관찰을 기반으로 현재 확립된 행성 형성 모델을 개선하는 데 도움이 될 수 있으며 일부 행성이 매우 짧은 시간에 빠르게 성장할 수 있는 이유를 설명할 수 있다고 믿습니다.
향후 NASA의 낸시 그레이스 로마 우주망원경이 이러한 관측 능력을 더욱 확장할 것으로 예상된다. 로마망원경은 8월 30일 발사됐으며 더욱 발전된 코로나그래프를 탑재해 주변의 극도로 희미한 행성과 강한 별빛을 더욱 효과적으로 구별할 수 있다.
로마 망원경은 직접 영상화 방법을 사용해 어린 행성을 찾을 수도 있으며, 현재 망원경으로 직접 관측하기 어려운 일부 '목성 쌍둥이'를 비롯해 별에 더 가까운 행성을 관찰할 수 있을 것으로 예상된다. 이에 비해 엘리아스 2-24 b는 현재 일반적인 목성 궤도보다 모항성으로부터 약 10배 더 멀리 공전하고 있습니다.
천문학자들은 로만과 같은 차세대 관측장비가 활용되면서 오랫동안 원시행성원반에 숨겨져 있던 수많은 '아기 행성들'이 점차 눈에 보이기를 바라고 있다. 서로 다른 연령, 서로 다른 궤도 거리, 서로 다른 질량을 지닌 젊은 행성을 관찰함으로써 과학자들은 처음으로 먼지와 가스 원반에서 성숙한 행성계까지의 전체 과정을 더욱 완전하게 복원할 수 있을 것입니다.
엘라이어스 2-24b의 발견은 이제 천문학자들이 실제 우주 환경에서 거대 행성의 성장 징후를 직접 볼 수 있다는 것을 의미하며, 나이가 100만 년도 채 되지 않은 이 행성은 적어도 일부 거대 행성이 기존 모델에서 예측한 것보다 훨씬 짧은 시간에 빠르게 형성될 수 있음을 보여줍니다. 연구 결과는 2026년 9월 16일자 'The Asphysical Journal Letters'에 게재됐다.
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