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[IT뉴스]행성이냐, 위성이냐?…묘한 외계천체 발견에 천문학계 ‘떠들썩’

온카뱅크관리자

2026-07-28 09:37:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 곽노필의 미래창 73광년 밖 항성계서 본 3단계 구조 중심별-갈색왜성-동반천체로 이뤄져 목성 버금가는 질량, 분류 기준 애매 
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 <img alt="달과 비슷한 동반천체를 가진 CD-35 2722 항성계의 상상도. 맨왼쪽이 중심별, 가운데가 이번에 발견한 동반천체, 이 천체의 모천체인 갈색왜성이다. ESO 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/28/hani/20260728093653172xecd.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="b9732id8Ib" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/28/hani/20260728093653172xecd.jpg" width="658">
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 달과 비슷한 동반천체를 가진 CD-35 2722 항성계의 상상도. 맨왼쪽이 중심별, 가운데가 이번에 발견한 동반천체, 이 천체의 모천체인 갈색왜성이다. ESO 제공
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 우리가 아는 항성계(또는 행성계)의 전형은 중심에 별이 있고 그 주위를 행성, 그리고 그 행성 주위를 위성이 공전하는 3층 구조를 이루고 있다. 우리가 살고 있는 태양계에 바탕한 모델이다. 3대가 한 지붕 안에 사는 가족 구조에 비유할 수 있다. 과학자들은 특별한 사정이 없다면 외계 항성계도 이런 구조일 것으로 생각한다.
 그런데 태양계 밖에서 이런 통념에 반하는 묘한 구조의 항성계가 발견됐다. 중심별과 갈색왜성, 위성으로 이뤄진 구조다. 갈색왜성이란 별이 되려다 만 거대한 천체를 가리킨다. 행성으로 보기엔 너무 무겁고, 별처럼 핵융합을 하기엔 질량이 부족해 ‘실패한 별’이라 불리는 천체다. 자립 능력이 떨어지는 동생이 형님 집에 얹혀 살면서 자식을 낳아 기르는 격이다. 갈색왜성을 공전하는 천체도 외계위성으로 부를 수 있을까?
 칠레 디에고포르탈레스대가 중심이 된 국제 연구진이 지구에서 73광년 떨어진 ‘CD-35 2722’ 항성계에서 3개의 천체가 계층 구조를 이루고 있는 걸 발견해 국제학술지 네이처에 발표했다.
 중심에 있는 별은 태양 질량의 절반 정도이고, 5천년을 주기로 이 별을 도는 갈색왜성의 질량은 중심별의 10%, 목성의 30~37배다. 그리고 갈색왜성엔 약 170일 주기로 공전하는 행성급 천체가 딸려 있다. 질량이 목성의 90%에 이르는 거대한 가스천체다.
 연구진은 2023년 10월부터 2026년 2월까지 칠레 아타카마사막에 있는 초거대망원경(VLT)의 고성능 분광 장비 ‘CRIRES+’를 이용해 갈색왜성을 23차례 관측한 결과, 갈색왜성이 미세하게 흔들리는 시선 속도 현상을 포착함으로써 이 동반천체의 존재를 밝혀낼 수 있었다.
 시선 속도란 천체가 관측자의 시선 방향, 즉 우리에게 다가오거나 멀어지는 방향으로 움직이는 속도를 뜻한다. 천체가 관측자 쪽으로 다가올 때는 빛의 파장이 짧아져 스펙트럼이 푸른색조로 이동(청색편이)하고, 멀어질 때는 파장이 길어져 붉은색조로 이동(적색편이)한다. 이 현상을 분석하면 천체의 속도를 계산할 수 있다. 또 행성의 중력은 중심별을 미세하게 흔드는데, 이때 발생하는 중심별의 주기적인 시선 속도 변화를 추적하면 외계 천체의 존재와 질량을 확인할 수 있다. 이번 관측은 갈색왜성이 중심별과 충분히 떨어져 있어 빛이 겹치지 않았기에 가능했다.
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 <img alt="72광년 거리의 항성계 CD-35 2722(사진 중앙) 주변의 밤하늘. 이 사진에선 갈색왜성과 동반천체는 중심별 빛에 가려 보이지 않는다. ESO 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/28/hani/20260728093654451btjz.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="9ZGvFV9Umq" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/28/hani/20260728093654451btjz.jpg" width="658">
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 72광년 거리의 항성계 CD-35 2722(사진 중앙) 주변의 밤하늘. 이 사진에선 갈색왜성과 동반천체는 중심별 빛에 가려 보이지 않는다. ESO 제공
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 연구진이 붙인 명칭 ‘행성질량 외계위성’
 지금까지 천문학자들은 6000개가 넘는 외계행성을 찾아냈지만, 외계행성에 딸린 외계위성의 존재를 확인한 적은 없었다. 외계위성 후보를 여럿 찾아내기는 했지만 최종 확인에까지 이르지는 못했다. 연구진은 이번 관측은 외계위성이 실제로 존재한다는 매우 유력한 증거라고 밝혔다.
 연구진은 그러나 태양계 행성의 위성과는 달리, 새로 발견된 이 천체는 행성이 아닌 갈색왜성을 공전하고 있어 어떤 명칭으로 불러야 할지 곤란하다고 토로했다. 3단 계층 구조의 맨끝자리에 해당하고, 질량이 모천체인 갈색왜성의 2.5%로 매우 낮다는 점에서는 전통적인 위성과 비슷하다. 
 하지만 별이나 갈색왜성을 공전하면서, 중심천체와의 질량비가 25분의 1(4%) 미만이고 절대 질량도 핵융합 하한선(목성의 13배) 아래인 천체는 행성으로 분류한다는 국제천문연맹(IAU)의 정의를 적용하면, 이 동반천체(질량비 2.5%)는 행성으로도 볼 수 있다. 위성이라고 하기엔 질량이 매우 큰 것도 행성이나 위성 어느 한쪽으로 분류하기 어렵게 하는 요인이다. 연구진은 일단 이 천체를 ‘행성질량 외계위성’(Planetary-mass exosatellite)으로 지칭했다.
 연구를 이끈 케빈 호이 연구원은 “이 시스템은 ‘행성’이나 ‘위성’ 같은 태양계 기반 용어로 정의하기가 매우 까다롭다”며 “우리가 아는 태양계의 위성과는 완전히 다르지만 항성계의 세번째 요소라는 점에서 위성이라 부르고 싶다”고 말했다.
 이 천체가 주목을 받는 또 다른 이유도 있다. 이 천체가 갈색왜성에서 충분히 가까운 거리에 있다면 갈색왜성 중력의 영향으로 발생하는 조석가열로 인해 표면온도가 상승할 수 있다. 이는 이 천체에 생명체가 살 수 있는 환경을 만드는 데 영향을 줄 수 있다.
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 <img alt="칠레 아타카마사막의 해발 2636m 세로파라날산 정상에 있는 유럽남방천문대(ESO)의 초거대 망원경(VLT). 4개의 망원경으로 구성돼 있다. 위키미디어 코먼스" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/28/hani/20260728093655720olyo.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="VBx4nmwam7" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/28/hani/20260728093655720olyo.jpg" width="658">
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 칠레 아타카마사막의 해발 2636m 세로파라날산 정상에 있는 유럽남방천문대(ESO)의 초거대 망원경(VLT). 4개의 망원경으로 구성돼 있다. 위키미디어 코먼스
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 태양계 기반으로 만든 기준으론 한계 봉착
 논문이 발표되자 많은 천문학자들이 큰 관심을 표명하며 다양한 의견을 내놓았다. 일부에선 전통적 의미의 ‘외계달(Exomoon)’이라는 용어 대신, 상위 천체에 귀속된 위성이라는 의미로 ‘외계위성(Exosatellite)’이라는 용어가 더 적합하다는 의견이 나왔다.
 이번 연구에 참여하지 않은 메리 앤 림바흐 미시간대 교수는 물리학 전문지 피직스월드에 “대부분의 천문학자들은 이 천체를 외계달이라고 부르는 데 주저할 것”이라며 “그보다는 외계위성이라는 용어가 적절하다“고 말했다. 전통적인 범주에 깔끔하게 들어맞지 않는 동반천체를 지칭하는 용어가 필요한데, 그런 점에서 ‘위성’이란 개념이 포괄적이라는 것이다.
 그러나 나데르 하이기푸르 하와이대 교수는 새로 발견된 천체 역시 갈색왜성처럼 핵융합을 시작할 만큼 충분한 질량을 모으지 못해 별이 되지 못한 천체일 수 있다고 말했다. 따라서 이 항성계는 3개의 준항성 전체로 이뤄져 있다는 것이다. 그는 “목성 질량의 천체는 위성이 아니다”라고 덧붙였다.
 로만 라피코프 영국 케임브리지대 교수는 “이 천체는 외계달도 외계위성도 아니며 중심별과 갈색왜성으로 이뤄진 쌍성계 중 하나를 공전하는 행성”이라고 말했다. 스페인 천체생물학센터 호르헤 릴로-박스 연구원은 “새로 발견한 천체는 갈색 왜성을 공전하는 외계행성이고, 그 갈색 왜성은 다시 다른 별을 공전하는 구조”라며 “이러한 구조는 이미 S형 행성계라고 불리고 있다”고 말했다.
 이번 발견은 행성과 위성이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 기존 이론에도 도전장을 던진다. 1억5000만년이라는 짧은 형성 기간, 이심률이 큰 길쭉한 타원형 공전 궤도 등은 일반적인 행성계 형성 과정과는 사뭇 다르기 때문이다. 케빈 호이 연구원은 짧은 형성 기간과 큰 이심률을 근거로, 이 천체가 일반적인 강착 과정보다는 갈색왜성과 함께 가스구름에서 직접 수축해 탄생했을 가능성에 무게를 둔다. 강착이란 먼지와 가스가 오랜 시간 중력으로 뭉쳐 천천히 몸집을 불려가는 과정을 말한다.
 연구진은 현재 칠레에 건설 중인 39m급 차세대 초거대망원경(ELT) 등이 본격 가동되면, 이번 사례보다 작은 진짜 외계위성들을 대거 포착할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
 과학커뮤니케이터 강성주 박사(천체물리학)는 “이번 연구는 태양계를 기준으로 만들어진 행성, 위성, 별이라는 분류가 태양계와 전혀 다른 구조를 가진 천체계의 발견으로 한계에 부딪힌 사례”라며 “앞으로 이와 비슷한 천체계가 더 많이 발견될 경우 행성과 위성을 나누는 현재의 기준 자체를 다시 논의해야 한다는 문제를 제기했다는 의미가 있다”고 말했다.
 *논문 보기
 Planetary-mass exosatellite detected around the substellar companion of a star.
 https://doi.org/10.1038/s41586-026-10751-w
 곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
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