TOI-1752의 두 행성: 하루도 안 돼 도는 ‘용암 세계’와 생명 가능 영역의 아해왕성

약 337광년 떨어진 적색왜성 TOI-1752가 서로 극단적으로 다른 두 행성을 거느린 행성계로 확인됐다. 안쪽의 TOI-1752 b는 1년도 아닌 0.94일 만에 항성을 한 바퀴 도는 초단주기 슈퍼지구이며, 강한 복사 때문에 ‘용암 세계’ 후보로 불린다. 바깥의 TOI-1752 c는 지구와 해왕성 사이 크기의 아해왕성으로, 약 32.7일 주기로 항성을 돌고 ‘낙관적 생명 가능 영역’과 관련된 궤도에 있다. 9111213

다만 여기서 가장 중요한 단서가 있다. 생명 가능 영역에 있다는 사실만으로 액체 물, 지구와 같은 표면 환경, 또는 생명체의 존재가 확인되는 것은 아니다. 이 분류는 특정한 대기 조건이 갖춰졌을 때 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 항성 복사 범위를 가리킨다.

TESS와 지상 관측으로 두 행성 확인

NASA의 외계행성 탐사위성 TESS는 행성이 항성 앞을 지나갈 때 별빛이 주기적으로 어두워지는 현상, 즉 ‘통과’ 신호를 찾는다. 이 신호는 행성 후보를 제시하지만, 식쌍성처럼 행성이 아닌 천체가 비슷한 변화를 만들 수도 있다. 따라서 후보를 행성으로 확정하려면 추가 관측이 필요하다. 여러 색상에서 통과 현상을 측정하는 다색 통과 측광은 신호가 실제 행성 통과와 일치하는지 검증하는 방법 중 하나다. 1

안달루시아 천체물리학연구소(IAA-CSIC)가 이끈 연구진은 TESS 우주 관측 자료와 지상 망원경 관측을 결합했다. 테네리페의 테이데 천문대에서는 카를로스 산체스 망원경에 설치된 다색 카메라 MuSCAT2가 후속 관측에 활용됐다. 1112

이 분석을 통해 TOI-1752 b와 TOI-1752 c는 모두 통과 외계행성으로 확인됐다. 연구 결과는 두 행성의 반지름과 공전 주기를 측정했으며, 논문은 국제 학술지 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society에 게재된 것으로 소개됐다. 1213

TOI-1752 b: 하루도 안 돼 도는 초고온 슈퍼지구

TOI-1752 b의 반지름은 지구의 약 1.69배이며, 공전 주기는 약 0.94일이다. NASA 외계행성 아카이브에도 확인된 통과 행성으로 등재돼 있다. 5

이처럼 항성에 바짝 붙은 궤도에서는 강한 항성 복사를 받는다. 연구진과 관련 보도가 이 행성을 ‘용암 세계’라고 부르는 이유다. 다만 이 표현은 극심한 가열 환경을 바탕으로 한 모델상의 설명이지, 행성 표면에서 실제로 녹은 암석을 직접 관측했다는 뜻은 아니다. 513

크기 기준으로 TOI-1752 b는 슈퍼지구에 해당한다. 그러나 ‘슈퍼지구’라는 명칭은 지구보다 크지만 해왕성보다는 작은 행성을 분류하는 용어에 가깝다. 지구와 비슷한 표면이나 기후를 가진다는 의미는 아니다.

TOI-1752 c: 지구의 약 2.29배인 아해왕성

TOI-1752 c는 두 행성 중 바깥쪽에 있다. NASA 자료에 따르면 질량은 지구의 약 5.86배, 반지름은 목성의 약 0.204배로 지구 반지름으로 환산하면 약 2.29배다. 항성에서 약 0.1614천문단위 떨어져 있으며, 공전 주기는 32.7일이다. 2

연구 논문이 제시한 보다 정밀한 공전 주기는 32.7144일, 반지름은 지구의 2.29배로 NASA 자료와 대체로 일치한다. 213 크기만 보면 지구와 해왕성 사이에 놓이지만, 반지름만으로 내부 구조를 알아낼 수는 없다. 암석형 표면을 가졌을 수도 있고, 수소가 풍부한 두꺼운 대기층이나 고압의 물 층을 품고 있을 수도 있다.

일부 보도는 TOI-1752 c가 지구와 비슷한 수준의 항성 복사를 받고, 평형온도가 약 18~20℃로 추정된다고 전했다. 그러나 이 수치는 보고된 추정값으로 봐야 하며, 지구처럼 온화한 표면이 존재한다는 증거는 아니다. 10

‘생명 가능 영역’이라는 말이 의미하는 것

생명 가능 영역은 행성이 적절한 대기 조건을 갖췄을 때 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 항성 주변 범위를 뜻한다. 행성에 실제로 그런 대기가 있는지, 물이 존재하는지까지 보여주는 분류는 아니다.

특히 TOI-1752 c처럼 아해왕성으로 분류되는 행성에서는 대기와 내부 구조가 핵심이다. 두꺼운 휘발성 물질층이 있다면 지구 표면과 전혀 다른 압력과 온도가 형성될 수 있다. 구름, 대기 조성, 대기 순환, 고체 표면의 존재 여부 역시 실제 환경을 크게 바꾼다.

현재 제공된 연구 기록에서는 TOI-1752 c의 생명지표나 생명체에 대한 증거가 확인되지 않았다. 대기의 존재와 성분을 알아내려면 추가 관측이 필요하다. 행성이 항성 앞을 지날 때 발생하는 미세한 대기 신호를 분석하는 통과 분광 관측이 그 방법 중 하나다.

K2-18 b와 닮았지만 같은 행성은 아니다

TOI-1752 c는 적색왜성을 돌면서 약 33일의 공전 주기를 갖는 통과 아해왕성이라는 점에서 K2-18 b와 비교된다. NASA 외계행성 아카이브에 따르면 K2-18 b의 공전 주기는 32.94일, 반지름은 지구의 약 2.37배다. 3

두 행성의 크기와 공전 주기가 비슷하다는 점은 비교 연구에 유용하다. 하지만 질량, 대기 조성, 구름과 안개, 내부 구조까지 같다고 볼 수는 없다. TOI-1752계의 특별한 가치는 같은 항성을 도는 안쪽 행성과 바깥쪽 행성을 함께 비교할 수 있다는 데 있다.

한 항성 주변에서 극단적으로 다른 환경 비교

TOI-1752 b는 하루도 안 돼 항성을 돌지만, TOI-1752 c는 한 바퀴 도는 데 거의 33일이 걸린다. 같은 항성 주변에 이렇게 다른 환경의 행성이 함께 있다는 점은 행성 형성과 이동, 강한 항성 복사가 대기를 벗겨내거나 변화시키는 과정, 행성 반지름과 내부 조성의 관계를 연구하는 데 중요한 비교 자료가 될 수 있다.

앞으로 TOI-1752 c의 질량과 대기를 더 정밀하게 측정하면 이 행성이 가스가 풍부한 아해왕성인지, 물이 많은 세계인지, 또는 또 다른 중간형 행성인지 판단하는 데 도움이 될 수 있다. 동시에 생명 가능 영역이라는 궤도 정보만으로 행성의 실제 거주 가능성을 얼마나 추론할 수 있는지도 더 분명해질 전망이다.