NASA TESS, '솜사탕 행성' 발견…역대 가장 밀도 낮은 외계행성 TOI-791 b·c

NASA의 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite, 외계행성 탐사 위성) 임무가 역대 가장 밀도가 낮은 거대 행성 두 개를 발견했다. 이른바 '슈퍼 퍼프(super-puff)' 행성으로, 솜사탕과 비슷할 정도로 가볍다 . 이번 발견은 영국 옥스퍼드대학교, 프랑스 코트다쥐르 천문대, 버밍엄대학교 등 국제 공동 연구진에 의해 수행됐으며, 연구 결과는 영국 왕립천문학회 월간보고서(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 게재됐다 .

두 개의 슈퍼 퍼프 외계행성: TOI-791 b와 TOI-791 c

두 행성은 지구에서 약 1,110광년 떨어진 F7형 왜성 'TOI-791'을 돌고 있다. 이 별은 남쪽 하늘의 날치자리(Volans) 방향에 위치한다 .

주요 특징

TOI-791 b(안쪽 행성)와 TOI-791 c(바깥쪽 행성)는 크기가 목성(Jupiter)과 비슷하지만 질량은 극도로 낮다 . 연구를 이끈 옥스퍼드대학교의 조지 드랜스필드(George Dransfield) 박사는 이들의 밀도를 '갓 짠 면도 거품 한 덩어리'에 비유했다 .

구분	TOI-791 b (안쪽)	TOI-791 c (바깥쪽)
크기	목성 크기	목성 크기
밀도	0.038 g/cm³	0.047 g/cm³
질량	목성의 극히 일부	목성의 극히 일부
목성 대비 밀도	목성의 약 1/35	목성의 약 1/28
공전 비율	5바퀴 공전할 때 동반 행성은 3바퀴	3바퀴 공전할 때 동반 행성은 5바퀴

참고로 솜사탕의 밀도는 약 0.05g/cm³로, 이 행성들은 그보다도 더 가볍다 .

희귀한 5:3 평균 운동 공명

두 행성은 드문 5:3 평균 운동 공명(mean-motion resonance) 상태에 있다. 즉, 안쪽 행성 TOI-791 b가 5바퀴 공전할 때 바깥쪽 행성 TOI-791 c는 거의 정확히 3바퀴 공전한다 . 이 중력 상호작용은 행성 통과(트랜짓) 시점에 미세한 변화를 일으키며, 연구팀은 이 변화를 분석해 행성의 질량을 추정했다 .

발견 및 확인 과정

시민과학의 역할: 이 두 행성은 각각 2019년과 2023년, '플래닛 헌터스 TESS(Planet Hunters TESS)' 시민과학 프로젝트에 참여한 자원봉사자들이 NASA TESS 데이터에서 후보 행성으로 처음 식별했다 .

지상 망원경 확인: 연구팀은 전 세계 여러 망원경의 통과 관측 데이터를 결합해 행성의 크기와 질량을 측정했다 . 여기에는 남극 콩코르디아 기지(Concordia Station)에 있는 ASTEP 망원경(Antarctic Search for Transiting ExoPlanets, 남극 외계행성 통과 탐사) 도 포함됐다 . 남극의 겨울은 몇 달간 계속되는 긴 밤을 제공하는데, 덕분에 천문학자들은 각각 11시간 이상 지속되는 이 행성들의 유난히 긴 통과 현상을 단 한 번의 연속 관측으로 포착할 수 있었다. 이는 지상에서 완전히 관측된 것 중 가장 긴 연속 행성 통과 기록이다 .

제임스 웹 우주망원경(JWST)의 향후 관측

연구진은 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope) 의 후속 관측을 통해 이 행성들의 화학적 구성을 밝힐 수 있을 것으로 기대한다 . 드랜스필드 박사는 이 행성들이 대부분 수소와 헬륨으로 이뤄져 있을 가능성이 크지만, 확실한 대기 조성은 JWST가 확인해 줄 것이라고 설명했다 .