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우주 이야기 1641 - 마이크로 중력 렌즈를 통해 외계 행성을 포착한 TESS

 


(This artist's concept visualizes Gaia23bra b, the first microlensing planet orbiting a distant star found by NASA's TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). This super-Jupiter orbits an orange dwarf star at a distance similar to Jupiter's distance from the sun. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center)

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(This graphic highlights the search areas of three planet-hunting missions: NASA’s upcoming Nancy Grace Roman Space Telescope, the retired Kepler Space Telescope, and NASA’s TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). While TESS discovers transiting planets within a 150-light-year radius of Earth, it recently detected a planet about 40,000 light-years away (marked by the star symbol) via another method, called microlensing. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center)

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나사의 행성 사냥꾼인 TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 별 앞으로 지나는 행성의 밝기가 주기적으로 어두워지는 것을 이용해 외계 행성을 포착합니다. 2018년 발사 이후 지금까지 이 방법으로 7000개가 넘는 외계 행성 후보를 발견했는데, 과학자들은 이 정보를 분석하고 추가 관측을 통해 외계 행성의 존재를 확인합니다.

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다만 이 방법으로 발견할 수 있는 외계 행성은 별에 매우 가까이 공전하는 일부 행성 뿐입니다. 지구 정도 거리에서 공전하는 외계 행성은 물론이고 목성 처럼 멀리 떨어져 공전하는 외계 행성은 TESS 뿐 아니라 다른 외계 행성 관측 장비로도 관측이 매우 어려운 대상입니다.

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하지만 한 가지 유용한 대안이 있습니다. 바로 중력 미세렌즈(Gravitational Microlensing) 효과를 이용하는 것입니다. 중력 렌즈는 아인슈타인의 상대성 이론으로 예측된 천문 현상으로 은하나 은하단 같이 큰 천체의 중력에 의해 빛이 휘어 렌즈처럼 증폭되는 현상입니다. 중력 렌즈 덕분에 천문학자들은 멀리 떨어진 은하를 확대해서 관측할 수 있습니다.

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최근 관측 기술의 발전으로 과학자들은 별 하나의 중력 렌즈효과를 이용할 수 있게 됐습니다. 중력 미세렌즈는 숨어 있는 동반성은 물론이고 행성을 찾는데 사용됩니다. 하지만 TESS는 본래 이런 목적으로 개발된 것은 아니었습니다.

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뉴멕시코 대학교의 다이애나 드라고미르 교수 (University of New Mexico professor Diana Dragomir)와 대학원생인 말로리 해리스 (Mallory Harris, UNM Ph.D. candidate)는 TESS와 유럽 우주국의 가이아 관측 데이터를 이용해서 태양 질량의 80% 정도 되는 태양과 비슷한 별인 Gaia23bra를 공전하는 슈퍼 목성형 외계 행성 Gaia23bra b를 찾아냈습니다.

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TESS와 가이아 모두 오랜 시간에 걸쳐 별의 밝기 변화를 계속해서 관측해왔습니다. 과학자들은 이 데이터를 분석해 드물게 나타나는 중력 미세렌즈 효과를 포착할 수 있습니다. 이 경우 별의 밝기가 순간적으로 밝아졌다 다시 어두워집니다. 연구팀은 먼저 가이아 데이터를 분석해서 의심 신호를 포착한 후 TESS 데이터를 통해 이를 검증했습니다.

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뉴멕시코 대학교 박사 과정생이자 이번 연구의 제1 저자인 맬러리 해리스는"가이아 위성의 관측 자료는 행성을 포착하기에는 너무 부족했습니다. 마침 TESS 위성도 그 사건 당시 같은 하늘 영역을 관측하고 있었는데, 더 촘촘한 시간 간격의 관측 자료 덕분에 행성으로 인해 발생하는 광도 곡선의 추가적인 특징들을 발견할 수 있었습니다."라고 설명했습니다.

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연구팀의 분석에 따르면, 가이아23브라 b는 목성의 약 1.63배에 달하는 질량을 가지고 있습니다. 그리고 공전 궤도도 거의 목성과 비슷해서 제2의 목성이라고 볼 수 있는 외계 행성입니다. 물론 이런 천체는 본래 TESS로는 포착할 수 없었는데, 이번에 우연히 포착에 성공한 것입니다. 이는 최초로 목성형 외계 행성을 목성 궤도 거리에서 TESS 데이터로 포착한 사례입니다.

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지금까지 확인된 6,000개 이상의 외계행성 중 약 4분의 3은 케플러나 TESS의 행성 탐색 기법인 식현상을 통해 발견되었습니다. 하지만 이번 연구 결과는 오랬동안 모은 데이터를 다시 분석하면 생각보다 많은 숨은 외계 행성을 포착할 수 있음을 시사합니다. 현재까지 미세중력렌즈 현상을 통해 알려진 외계행성의 5% 미만이지만, 앞으로 더 늘어날 가능성이 높은 것입니다.

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하지만 미세중력렌즈 관측은 제한된 시간 동안만 가능한 기회입니다. 별이 자주 숨은 행성 뒤를 지나가진 않기 때문입니다. 따라서 촘촘한 간격으로 밝기 변화를 관측하는 TESS의 역할이 중요합니다. 가이아 위성은 장기간 모니터링을 통해 해당 현상을 포착했고, TESS는 약 60일 동안 200초 간격으로 해당 영역을 관측했습니다. 이러한 촘촘한 관측 덕분에 연구진은 기존 관측 방식으로는 놓치기 쉬운 미세 중력 렌즈 광도 곡선의 미묘한 특징들을 감지할 수 있었습니다.

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과학자들은 발사를 앞둔 차세대 망원경인 낸시 그레이스 로먼 우주망원경(Nancy Grace Roman Space Telescope)이 앞으로 훨씬 많은 1000여 개의 미세 중력렌즈 효과를 검출해 숨은 외계 행성을 포착할 것으로 기대하고 있습니다. 이번 발견은 로먼 (로만) 우주 망원경 발사에 앞서 미세 중력렌즈의 가능성을 검증했다는 데서 큰 의의가 있습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-07-tess-planet-years.html

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https://en.wikipedia.org/wiki/Transiting_Exoplanet_Survey_Satellite

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Mallory Harris et al, TESS's First Bound Microlensing Planet—A Binary Microlensing Event Revealing a Planetary Companion toward the Galactic Plane, The Astrophysical Journal Letters (2026). DOI: 10.3847/2041-8213/ae7a50. iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ae7a50

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