우주 이야기 1456 - 우주에서 가장 높은 밀도를 지닌 행성

(Artist's conception of the K2-360 system, showing the ultra-dense super-Earth K2-360 b (red) in its extremely close orbit around its sun-like star, with the more distant companion K2-360 c (blue) in the background. The scorching temperatures on K2-360 b, which completes an orbit in just 21 hours, likely result in a molten or partially molten surface. Credit: Astrobiology Center)

천문학자들이 역대 가장 밀도가 높은 외계 행성을 찾아 냈습니다. 지구에서 750광년 떨어져 있는 K2-360는 이름처럼 케플러의 K2 연장 임무에서 2016년 처음 발견한 외계 행성입니다.

일본 우주생물학 센터의 존 리빙스턴 (John Livingston, Astrobiology Center in Tokyo, Japan)이 이끄는 유럽과 일본 연구팀은 HARPS, HARPS-N spectrographs을 이용해 K2-360를 분석했습니다

연구 결과 K2-360은 하나가 아닌 두 개의 외계행성을 거느리고 있었습니다. 안쪽에 있는 K2-360은 초단주기 슈퍼 지구형 (ultra-short period "super-Earth") 행성으로 공전 주기가 21시간에 불과합니다. 그보다 더 흥미로운 사실은 지름은 지구의 1.6배에 지나지 않지만, 질량은 7.7배로 납보다 더 밀도가 높다는 것입니다.

새로 발견된 두 번째 외계 행성인 K2-360c는 공전 주기가 9.8일로 역시 짧지만, 질량은 지구의 15배 이상으로 슈퍼지구보다는 해왕성과 비슷한 가스 행성으로 추정됩니다. 하지만 사실 K2-360b도 한때는 이 행성과 비슷했을 수 있습니다.

연구팀에 따르면 K2-360b는 본래 한때 가스 행성이었던 것으로 추정됩니다. 그러나 모항성에 가까운 탓에 너무 많은 에너지를 받아 가스의 온도가 올라가 팽창했고 결국 항성풍에 의해 가스를 잃어버려 암석핵만 남은 형태로 보입니다.

K2-360는 아마도 철의 비중이 48% 이상으로 보이며 핵의 상태로 봐서는 사실 슈퍼 지구보다 슈퍼 수성에 더 가까운 핵을 지녔던 것으로 보입니다. 아무튼 이렇게 질량이 큰 암석핵이 자체 중력으로 눌리다보니 밀도가 극단적으로 높아진 것입니다. 참고로 높은 온도로 표면은 암석과 금속이 녹은 액체 상태일 것으로 추정됩니다.

지금까지 연구 결과를 보면 이렇게 가스를 잃어 버리고 나중엔 암석 핵만 남을 것 같은 행성들이 있어왔기 때문에 의외의 결과는 아닙니다. 하지만 이렇게 밀도가 높은 행성이 실제로 존재하는 것을 보면 우주 여러 저기에 우리가 상상하지 못한 극단적 행성들이 존재할 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2024-11-astronomers-ultra-dense-super-earth.html

John H. Livingston et al, An ultra-short-period super-Earth with an extremely high density and an outer companion, Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-76490-y

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