숨어 있던 거대 외계 행성 시민 과학자가 찾았다

천문학자들은 지금까지 수천 개 이상의 외계 행성을 찾아냈지만, 사실 이 행성들은 은하계에 존재하는 행성 가운데 극히 일부에 불과하다. 더구나 관측 기술의 한계로 비교적 가까운 위치에 있는 외계 행성도 여러 가지 조건이 맞아야 발견할 수 있다. 포착하기 쉬운 외계 행성은 질량이 크고 별에 매우 가까워서 별을 주기적으로 가리거나 미세하게 흔드는 행성이다. 따라서 목성처럼 공전 주기가 길고 별에서 먼 행성은 좀처럼 알아내기 힘들다. 

캘리포니아 대학 리버사이드 캠퍼스 (UCR)의 천문학자들과 자발적으로 천문 연구에 참여한 시민 과학자들은 이런 어려움을 극복하고 숨어 있던 거대 외계 행성을 찾아내는 데 성공했다. 천문학자들은 막대한 천문 데이터를 수작업으로 분류하고 확인하기 위해 시민들의 도움을 받고 있다. 예를 들어 행성이 숨어 있다는 신호인 미세한 밝기 변화 등이다. 최근에는 인공지능의 역할이 커지고 있지만, 아직도 사람이 아니면 쉽게 눈치채지 못하는 부분이 있어 천문학자들은 시민 과학자들의 도움을 받고 있다. 

전직 해군 장교인 톰 제이콥스 (Tom Jacobs) 역시 이런 시민 과학자 가운데 한 명으로 나사의 행성 사냥꾼인 TESS 데이터를 살펴보던 중 TOI-2180라는 별에서 미세한 밝기 변화를 확인했다. 이는 외계 행성의 증거일 수 있기 때문에 제이콥스는 바로 캘리포니아 대학의 천문학자인 폴 달바 (Paul Dalba)에게 정보를 제공했다. 하지만 연구팀은 밝기 변화를 한 번 밖에 확인하지 못해 이것이 외계 행성의 신호라는 점을 확신할 수 없었다. 별의 밝기는 여러 가지 이유로 변화가 있을 수 있고 가끔 기기의 오류도 있을 수 있기 때문이다.

그래도 연구팀은 이 신호가 비교적 공전 주기가 긴 외계 행성의 신호일 수 있다고 보고 2020년 중반에 3개 대륙에 걸친 14개의 망원경을 동원해 TOI-2180를 관측했다. 연구팀은 무려 2만 개의 이미지를 확보했지만, 아쉽게도 외계 행성의 증거는 발견하지 못했다. 보통 이 정도면 포기할 법도 하지만, 연구팀은 생각보다 공전 주기가 긴 외계 행성이 숨어 있을 가능성을 버리지 않았다.

결국, 집념의 관측 끝에 연구팀은 2021년 2월 TESS 데이터에서 두 번째 밝기 변화를 확인했다. 신호 이상이나 우연이 아니라 실제로 공전 주기가 긴 외계 행성이 존재했던 것이다. 이 외계 행성의 공전 주기는 261일로 지구보다 짧지만, 지금까지 보고된 외계 행성 가운데는 상당히 긴 편이다. 현재 관측 기술로는 포착이 어려운 공전 주기를 지닌 외계 행성을 발견한 셈이다.

그런데 흥미로운 사실은 공전 주기만이 아니다. 연구팀의 분석에 따르면 이 행성의 지름은 목성과 비슷하나 질량은 목성의 3배에 달한다. 따라서 중심의 암석과 금속 핵이 매우 큰 행성으로 추정할 수 있다. 연구팀은 무거운 원소의 질량의 지구의 105배에 달할 것으로 추정했다. 공전 궤도 외에도 지금까지의 외계 행성과 다른 특징을 지닌 행성인 셈이다.  

TOI-2180b는 지구에서 379광년 거리로 외계 행성 가운데는 가까운 편이기 때문에 과학자들은 후속 관측을 통해 여러 가지 사실을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.