[아하! 우주] ‘거대 충돌’로 대기 잃은 외계행성 사상 첫 발견

많은 사람은 소행성이 지구에 미칠 재앙을 우려하고 있지만, 천문학자들은 먼 우주 공간에서 ‘거대 충돌’로 행성의 대기 일부가 날아갔다는 최초의 증거를 발견했다.

미국 매사추세츠공대(MIT) 등 국제연구진은 지구에서 약 95광년 떨어진 젊은 별 ‘HD172555’을 공전하고 있는 지구 크기의 암석 행성이 20만 년 전 다른 원시 행성과 충돌했다는 증거를 발견했다.

이 지구형 행성은 원시 행성이었던 당시 시속 약 3만 5400㎞ 이상의 속도로 날아온 또다른 원시 행성과 충돌했을 때 일산화탄소 등 기체 일부를 잃었을 가능성이 있다. 이는 고밀도의 일산화탄소 흔적이 모성인 ‘HD172555’와 가까운 약 14억 9600㎞의 거리에서 공전하고 있는 것으로 나타났기 때문. 일반적으로 일산화탄소는 항성의 광자에 의해 분자가 파괴되는 과정인 광분해 현상에 취약하지만, 이 정도로 밀집한 일산화탄소가 존재한다는 점은 항성이 이 기체를 파괴할 시간이 부족했다는 것을 시사한다. 이에 따라 연구진은 이 같은 일산화탄소가 적어도 20만 년 전 발생한 거대 충돌로 방출된 것으로 추정하고 있다. 게다가 일산화탄소가 풍부하다는 점에서 충돌의 영향을 지구에 필적하는 크기의 두 원시 행성이 관여했을 가능성이 큰 것으로 나타났다.

이에 대해 연구 주저자로 MIT 박사과정 학생인 타야나 슈나이더맨 연구원은 성명에서 “거대한 충돌로 원시 행성의 대기가 벗겨진 현상이 발견된 사례는 이번이 처음”이라고 밝혔다.

이 저자는 또 “누구나 거대 충돌의 영향을 관찰하는 데 흥미를 갖고 있는데, 왜냐하면 이런 현상이 흔하다고 예상하기 때문이다. 하지만 이와 관련한 증거는 많지 않다”면서 “이제 우리는 이 역학 관계에 관한 추가적을 지식을 확보했다”고 지적했다.

거대 충돌로 일부 대기를 잃은 행성을 거느린 젊은 별 ‘HD172555’에는 별치고는 특이한 광물을 함유한 먼지와 거대 충돌을 시사하는 일산화탄소가 있는 것으로 알려졌다.

이 같은 두 요인 때문에 이 항성은 기묘한 항성계로 여겨져 왔다고 슈나이어맨 연구원은 덧붙였다.

‘HD172555’는 한동안 과학자들에게 호기심을 불러일으켰다.

2009년 미 항공우주국(NASA)의 스피처 우주망원경이 이 항성 주변에서 행성 생성 초기에 고속 충돌이 일어났다는 증거를 발견했다. 하지만 이 망원경은 행성의 대기가 부분적으로 제거될 당시에 관한 어떤 증거도 발견하지 못했다.

반면 이번 연구진은 칠레 알마 망원경을 사용해 항성 주위의 일산화탄소 징후를 자세히 조사해 이번 발견을 이끌어냈다.

슈나이더맨 연구원은 “잔해 원반에서 기체를 연구할 때 일산화탄소는 일반적으로 가장 밝아 찾기가 쉽다. 따라서 우리는 HD 172555의 일산화탄소 데이터를 다시 한 번 조사했다”면서 “이는 매우 흥미로운 시스템이기 때문”이라고 말했다.

또 “일산화탄소가 항성 근처에 존재한다는 점은 설명이 필요한 부분”이라면서도 “모든 시나리오 가운데 관측 데이터의 모든 특징을 설명할 수 있는 시나리오는 거대 충돌이 유일하다”고 설명했다.

자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(10월 20일자)에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr