우주 이야기 1137 - 마이크로렌징 효과를 통해 떠돌이 행성을 포착한 케플러 우주 망원경

 

(Credit: Pixabay/CC0 Public Domain)

 과학자들이 은퇴한 케플러 우주 망원경 데이터를 이용해서 우주에 숨어 있는 떠돌이 행성의 증거를 찾아냈습니다. 케플러 우주 망원경은 본래 별 앞을 지나는 행성의 식현상을 이용한 것으로 미세하지만 주기적인 밝기 변화를 측정해 외계 행성을 포착합니다. 따라서 모항성 없이 우주를 방랑하는 떠돌이 행성은 관측할 수 없습니다. 

 

 하지만 맨체스터 대학의 아인 맥도날드 (Iain McDonald of the University of Manchester)가 이끄는 연구팀은 다른 대안을 찾아냈습니다. 바로 마이크로 중력 렌즈 효과를 포착하는 것입니다. 아인슈타인의 상대성 이론에서 예측한 중력 렌즈 효과는 천문학에 적지 않은 기여를 했습니다. 천체의 중력에 의해 빛이 렌즈처럼 굴절되면 멀리 있는 희미한 천체도 확대해서 볼 수 있기 때문입니다. 

 반대로 갑자기 천체가 밝아지면 숨어 있는 어두운 천체도 찾을 수 있습니다. 마이크로 중력 렌즈는 행성 크기의 숨어 있는 천체를 발견할 수 있는 거의 유일한 방법입니다. 떠돌이 행성은 모항성에서 에너지를 받지 못하기 때문에 매우 온도가 낮고 어둡습니다. 따라서 직접 관측은 거의 불가능에 가깝고 마이크로 중력 렌즈를 통해서 간접적으로 확인할 수 있습니다. 

 연구팀은 케플러의 고장으로 은하계 중심부를 향해 망원경을 돌렸던 K2 임무 중 한 달 간 데이터를 분석했습니다. 마이크로 중력 렌즈 효과를 찾기 위해서는 별이 많은 은하 중심부가 유리하기 때문입니다.연구팀은 케플러가 30분 간격으로 찍은 이미지를 분석해서 수 시간에서 10일 정도 사이에 밝기가 중력 렌즈 효과를 의심할 수 있을 만큼 변하는 경우를 분석했습니다. 

 분석 결과 연구팀은 27개의 마이크로 중력 렌즈 의심 소견을 찾았습니다. 사실 이 가운데 23개는 이전에도 찾았던 것이지만, 4개는 케플러 우주 망원경으로 새로 찾은 것으로 모두 지구 크기의 떠돌이 외계 행성으로 의심됩니다. 이들은 아마도 거대 가스 행성의 중력 간섭으로 인해 본래 있던 궤도에서 튕겨 나간 것으로 생각됩니다. 

 그런데 케플러의 낮은 성능으로는 지구 크기의 숨어 있는 떠돌이 행성을 충분히 포착하기 어렵습니다. 결국 이 과제는 나사의 로만 우주 망원경처럼 강력한 차세대 망원경의 힘이 필요합니다. 

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 케플러나 TESS는 마이크로 중력 렌즈 가운데 극히 일부만 포착할 수 있지만 로만 우주 망원경은 훨씬 많은 숫자를 찾을 수 있습니다. 2020년대 중반 이후 로만 우주 망원경이 활약하면 떠돌이 행성에 대한 우리의 지식은 획기적으로 넓어질 것입니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2021-07-kepler-telescope-glimpses-population-free-floating.html

Kepler K2 Campaign 9: I. Candidate short-duration events from the first space-based survey for planetary microlensing, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021), DOI: 10.1093/mnras/stab1377