지구에서 약 1만 광년 떨어진 우주 공간을 떠도는 '나 홀로 행성'이 한국과 유럽의 관측망에 공동 포착돼 정확한 거리와 질량이 처음으로 밝혀졌다. '나 홀로 행성(free floating planet)'은 별의 중력에서 벗어나 우주를 떠도는 행성을 말한다.
2일 우주항공청은 한국천문연구원이 참여한 국제 공동 연구팀이 지상과 우주 망원경 관측 자료를 분석해 'KMT-2024-BLG-0792′로 기록된 나 홀로 행성의 정확한 거리와 질량을 세계 최초로 측정했다고 밝혔다. 연구 결과는 지난 1일 국제 학술지 사이언스에 발표됐다.
이번 분석의 핵심 데이터는 한국천문연구원이 운영하는 외계행성 탐색 시스템(KMTNet)과 유럽우주국(ESA)의 '가이아(Gaia) 우주망원경'이 확보했다. 칠레·호주·남아프리카공화국에 설치된 KMTNet 망원경이 지상에서 별빛 변화를 포착했고, 가이아 우주망원경은 지구에서 약 150만㎞ 떨어진 우주 공간에서 같은 현상을 관측했다. 연구팀은 지상과 우주에서 동시에 얻은 자료를 분석해 행성의 질량을 정밀하게 산출하는 데 성공했다.
이번 나홀로 행성은 지구에서 약 1만 광년 떨어진 곳에 있으며, 질량은 목성의 약 0.22배로 토성보다 다소 작은 규모다. 현재는 중심별을 공전하지 않고 우주 공간을 홀로 떠돌고 있는 것으로 분석됐다.
나홀로 행성은 스스로 빛을 내지 못해 직접 관측이 거의 불가능하다. 연구팀은 행성이 별 앞을 지나가며 별빛을 잠깐 밝게 만드는 '미시중력렌즈' 현상을 활용했다. 이는 보이지 않는 천체의 중력이 렌즈처럼 작용해 별빛을 휘게 만드는 현상이다.
미시중력렌즈로 나홀로 행성을 찾는 일은 밤길을 스쳐 지나가는 반딧불이의 그림자를 보는 것과 비슷하다. 크고 가까운 행성은 그림자가 뚜렷하지만, 작고 먼 행성은 그림자가 희미하고 순식간에 사라진다. 과학계에서는 나홀로 행성이 거의 관측되지 않아 공백으로 남아 있던 질량·거리 구간을 '아인슈타인 데저트(Einstein desert)'라고 불러왔다. 기존 관측으로는 실체를 파악하기 어려웠던 영역이다. 이번 연구는 이른바 '행성 사막'으로 불린 구간에서도 나 홀로 행성이 존재함을 처음으로 직접 입증했다.
우주항공청은 "천문연에서 구축한 KMTNet의 우수한 성능을 토대로 '나 홀로 행성'을 포함한 외계 행성 발견을 우리나라가 선도하고 있다"며 "앞으로도 지상 망원경과 국제 우주 망원경의 동시 관측을 통해 새로운 발견을 지속적으로 추진하겠다"고 밝혔다.