목성 크기에 무게는 10분의 1 솜사탕 같은 행성?

처녀자리 방향으로 지구로부터 212광년 떨어진 위치에 있는 별 WASP-107을 공전하는 외계 행성인 WASP-107b는 목성이나 토성 같은 거대한 가스 행성이다. 거대한 가스 행성은 가스로 이뤄진 외층과 고체 코어로 이뤄진 중심핵으로 구성되어 있다. WASP-107b는 상당히 가볍기 때문에 목성과 같은 크기임에도 무게는 10분의 1 정도 슈퍼퍼프(Super-Puff) 행성이라는 게 밝혀졌다고 한다.

이 같은 결과는 1월 18일 천문학술지에 게재된 캐나다, 미국, 독일, 일본 연구팀이 집필한 논문에 따른 것. 연구팀은 이 논문이 거대한 가스 행성이 어떻게 형성되고 발전할 수 있는지 천체 형성 기초 부분에 임한 것이며 지금까지 생각해온 것보다 훨씬 작은 중심핵과 대량 가스로 행성을 형성할 수 있다는 구체적인 증거를 제시하고 있다고 밝히고 있다.

WASP-107b가 처음 발견된 건 2017년. WASP-107와 WASP-107b 사이 거리는 지구와 태양 거리보다 16분의 1 정도이며 항성과의 거리가 상당히 가까운 행성이라는 걸 알 수 있다. WASP-107b는 또 목성과 비슷한 크기를 갖고 있으며 질량이 목성 10분의 1로 매우 가볍다고 결론을 지었다. 다시 말해 WASP-107b는 알려진 것 중에도 가장 밀도가 낮은 외계행성 중 하나라는 것이다.

연구팀은 WASP-107b처럼 저밀도 물체가 행성을 형성하면 행성 중심핵 부분은 지구 중심핵 질량의 4배 가량으로 끝난다고 결론내리고 있다. 보통 거대 가스행성은 짙은 가스와 먼지로 이뤄진 원시 행성계 원반에 의해 형성된 원반이 이전 단계에서 대량 가스를 저장하기 위한 최소한 지구 10배 질량 중심핵을 필요로 한다. 거대 중심핵이 없으면 거대한 가스 행성은 가스를 형성, 유지할 수 없다고 생각했기 때문에 중심핵 질량이 클 필요가 있었다는 것이다.

최근 연구에선 WASP-107b 중심핵이 기존보다 가벼운 것으로 결론을 내렸다. 이러면 WASP-107b 질량 85% 이상을 가스부가 차지하고 있다는 계산이 된다. 또 WASP-107b와 비슷한 질량을 가진 해왕성의 경우 가스부가 질량 전체에서 차지하는 비중은 5∼10% 가량이기 때문에 WASP-107b가 저밀도 행성이라는 걸 알 수 있다.

연구팀은 WASP-107b의 경우 가장 합리적인 시나리오는 행성이 항성에서 멀리 떨어진 위치에서 형성된 원시 행성계 원반 가스가 충분히 차가워 가스 응축이 빠르게 일어났을 가능성이 있다고 말한다. 원시 행성계 원반이나 성계 다른 행성과 상호 작용하면서 현재 위치로 이동해갔을지도 모른다는 것이다. WASP-107b에 대해선 아직 많은 수수께끼가 존재하지만 WASP-107b는 적은 메탄이 포함되어 있는 것으로 밝혀지고 있으며 보통 이런 종류 가스 행성에는 많은 메탄이 포함되어 있다는 것과 차이가 있다. 2021년 발사 예정인 제임스웹우주망원경을 이용해 WASP-107b 대기 구성에 대해 더 정확한 분석을 진행할 계획이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.