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우주 이야기 1640 - 모항성의 자기장에 영향을 미치는 외계 행성



 (Artistic representation of the star–exoplanet interaction between GJ 436 and GJ 436 b. Credit: IAA-CSIC/LampScience)

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태양의 태양계의 모든 행성에 엄청난 영향력을 행사합니다. 가장 큰 행성인 목성마저도 태양 질량의 0.1%에 불과하기 때문에 행성이 태양에 미치는 영향은 미미하지만, 태양이 행성에 미치는 영향은 매우 클 수밖에 없습니다. 하지만 외계행성 가운데서는 반대의 경우도 볼 수 있습니다. 지금까지 과학자들은 큰 외계행성이 모항성 가까이에서 공전하면서 별을 중력으로 조금씩 흔들리는 모습을 포착해 외계 행성의 존재를 증명했습니다.

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다만 이 경우에도 별의 자기장은 행성보다 훨씬 강력하기 때문에 행성 자기장은 별의 자기장에 의해 일방적으로 침식될 것으로 생각됐습니다. 스페인 안달루시아 천체물리학 연구소의 다니엘 레빌라 마르티네즈 드 알베니즈 (Daniel Revilla Martínez de Albéniz, Instituto de Astrofísica de Andalucía)와 동료들은 저널 사이언스에 발표한 연구에서 먀우 드문 반대 사례를 보고했습니다.

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별은 중력과 열 에너지 뿐 아니라 자기장으로도 행성에 영향을 미칩니다. 특히 가까이 있는 행성의 경우 그 영향이 매우 클 수밖에 없습니다. 지구에서 30광년 떨어진 적색왜성 GJ 436는 해왕성과 비슷한 크기의 외계 행성 GJ 436b를 거느리고 있는데, 공전 주기가 2.6일에 불과할 정도로 가까이 있습니다. 따라서 자기적으로 GJ 436b는 별의 영향력 안에 완전히 놓일 것으로 예상됐습니다.

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연구팀은 해당 별에 대한 18년간의 고해상도 분광 관측 자료를 분석하여, 별의 외기권층에 있는 수소와 칼슘에서 발생하는 특정 방출 신호를 추적했습니다. 이 신호는 별의 자기 환경에 민감하기 때문에 별의 활동을 연구하는데 활용됩니다.

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태양의 흑점 주기에서 볼 수 있듯이 별의 자기장은 다양하게 주기적으로 변합니다. 하지만 연구팀은 예상치 않게 GJ 436에서 행성의 공전 주기와 일치하는 주기적인 변동을 발견했는데, 이는 행성이 별의 자기장에 영향을 주고 있다는 의미였습니다. 그러나 이 신호가 항상 나타나는 것은 아니었습니다. 항성 활동이 활발한 시기에는 신호가 묻혔고, 매우 조용한 시기에는 배경 활동이 너무 적어 행성의 영향이 증폭되지 않았습니다. 하지만 중간 정도의 활동 수준에서는 명확한 주기적 패턴이 나타났습니다.

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이 특이한 패턴을 설명하기 위해 연구팀은 행성과 항성의 자기장 선 사이의 물리적 연결을 모델링하여, 이 연결이 항성의 외기권으로 에너지를 전달하는 역할을 한다고 가정했습니다. 항성의 자전과 행성의 기울어진 이심률 궤도를 고려한 이 모델을 만들어 시뮬레이션 한 결과 모델이 실제 관측 결과를 재현하는 것으로 나타났습니다. 그리고 흥미롭게도 행성의 자기장 세기가 목성과 비슷한 수준임을 밝혀냈습니다.

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이 연구는 두 가지 중요한 시사점이 있습니다. 우선 별의 자기장 변화를 관측하여 외계 행성 자기장의 세기를 간접 측정할 방법을 확보한 것입니다. 또 보이지 않는 행성이 있는 경우 자기장 변화를 통해 행성의 존재를 의심해 볼 수 있습니다. 그밖에도 행성과 별의 자기장 상호 작용에 대한 새로운 연구가 가능합니다.

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여담이지만, 개념도에서는 행성의 크기가 별에 비해 상당히 큰 것처럼 나타나는데, 사실은 과학적으로 정확한 이야기입니다. 적색왜성은 차갑기만 한 것이 아니라 크기도 매우 작기 때문입니다. 적색왜성이 매우 작아서 일부는 목성보다 약간 큰 수준에 불과하다는 이야기는 앞서 영상에서도 설명한 적이 있습니다. 관심 있으시면 한 번 참조해 주시기 바랍니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-06-giant-exoplanet-magnetic-host-star.html

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D. Revilla et al, Constraining an exoplanet's magnetic field using star-planet interactions, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adv3075

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