천문학자들이 존재할 수 없다고 여겨지는 태양계를 발견했습니다.

존재할 수 없는 태양계 발견 (LHS 1903, 가스 고갈 형성, 행성 형성 이론)

지구에서 약 116광년 떨어진 곳에서 천문학자들이 기존의 행성 형성 이론으로는 설명할 수 없는 놀라운 태양계를 발견했습니다. NASA와 유럽우주국(ESA)의 망원경을 통해 관측된 이 행성계는 적색 왜성 LHS 1903 주위를 공전하는 네 개의 행성으로 구성되어 있으며, 그 배열이 우리 태양계와 은하계 전역에서 관찰되는 일반적인 패턴과 완전히 상반됩니다. 이번 발견은 우주에서 가장 흔한 유형의 별 주위에서 행성이 어떻게 형성되는지에 대한 근본적인 질문을 제기하며, 행성 과학계에 새로운 논쟁을 불러일으키고 있습니다.

LHS 1903 행성계의 특이한 구조

LHS 1903 행성계는 우주에서 가장 흔한 유형의 별인 적색 왜성을 중심으로 네 개의 행성이 공전하고 있는데, 그 배열 방식이 기존 이론과 정면으로 충돌합니다. 가장 안쪽 행성은 암석형이고, 그다음 두 행성은 가스형이며, 가장 바깥쪽 행성인 LHS 1903 e는 다시 암석형 행성입니다. 이러한 구조는 마치 '안쪽이 뒤집힌' 형태로, 지금까지 관측된 행성계들과는 완전히 다른 모습을 보여줍니다. 우리 태양계에서는 암석형 행성인 수성, 금성, 지구, 화성이 태양에 가까운 내부 영역에 위치하고, 가스형 행성인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 외부 영역에 자리 잡고 있습니다. 이러한 배열은 은하계 전체에서 관찰되는 일반적인 패턴으로 여겨져 왔습니다. 천문학자들은 이 패턴이 행성이 젊은 별 주위의 가스와 먼지 원반 내부에서 형성되는 과정에서 자연스럽게 나타난다고 설명해 왔습니다. 별에 가까운 내부 영역은 온도가 극도로 높아 물이나 이산화탄소 같은 휘발성 화합물은 기화됩니다. 반면 철이나 암석을 구성하는 광물처럼 극한의 열을 견딜 수 있는 물질만이 뭉쳐 고체 입자를 형성할 수 있어, 이곳에서는 주로 암석형 행성이 생성됩니다. 과학자들이 '설선'이라고 부르는 별에서 더 멀리 떨어진 곳에서는 온도가 충분히 낮아 물과 다른 화합물들이 고체 얼음으로 응축될 수 있습니다. 이 과정을 통해 행성 핵이 빠르게 성장하며, 형성 중인 행성이 지구 질량의 약 10배에 도달하면 중력이 충분히 강해져 막대한 양의 수소와 헬륨을 끌어당기게 되어 목성이나 토성 같은 거대한 가스 행성이 탄생합니다. 영국 워릭대학교 물리학과 조교수이자 목요일 과학 저널 '사이언스'에 발표된 이번 연구의 제1 저자인 토마스 윌슨은 "행성 형성의 패러다임은 우리 태양계처럼 항성에 매우 가까운 곳에 암석으로 이루어진 내행성이 존재한다는 것이었습니다"라고 말하며, "이번 발견은 가스가 풍부한 행성들 이후, 항성에서 이렇게 멀리 떨어진 곳에 암석으로 이루어진 행성이 발견된 첫 번째 사례입니다"라고 강조했습니다.

행성계	내부 행성	중간 행성	외부 행성
태양계	암석형(수성, 금성, 지구, 화성)	-	가스형(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)
LHS 1903	암석형	가스형(2개)	암석형(LHS 1903 e)

LHS 1903 e는 반지름이 지구의 약 1.7배에 달하는 '슈퍼지구'로 분류되는데, 이는 밀도와 구성은 지구와 비슷하지만 크기가 훨씬 더 큰 행성을 의미합니다. 이 행성이 왜 기존 관측 결과와 상반되게 그곳에 존재하는지는 천문학계의 가장 큰 미스터리가 되었습니다. 이 발견은 우리 은하에서 가장 흔한 별 주위에서 행성이 형성되는 방식에 대한 기존 관점을 근본적으로 재검토할 필요성을 제기하고 있습니다.

가스 고갈 형성 메커니즘의 등장

이 행성계는 2018년 NASA가 발사한 외계행성 탐사 위성(TESS)을 이용해 처음 발견되었으며, 이후 2019년 유럽우주국(ESA)이 발사한 외계행성 특성 분석 위성(CHEOPS)을 통해 심층 분석이 진행되었습니다. CHEOPS는 이미 외계행성을 가진 것으로 알려진 별들을 연구하는 위성으로, 전 세계 여러 망원경의 데이터를 활용한 대규모 국제 공동 연구를 통해 이 특이한 행성계의 비밀을 풀어가고 있습니다. 과학자들은 '안쪽이 뒤집힌' 행성계라는 특이한 발견을 확인한 후, 가장 바깥쪽에 있는 암석형 행성의 존재를 설명하기 위해 여러 가설을 검증했습니다. 초기에는 이 행성이 다른 행성과의 충돌로 형성되었거나, 외피를 잃은 가스가 풍부한 행성의 잔해일 가능성을 고려했습니다. 토마스 윌슨은 "이번 연구에서는 역학적 분석을 많이 진행했습니다. 기본적으로 행성들을 서로 충돌시키고, 다른 행성들을 이 행성들에 충돌시켜 대기를 제거할 수 있는지, 충돌을 통해 이러한 행성을 생성할 수 있는지 살펴보았습니다"라고 설명하며, "하지만 이런 방식으로는 행성을 만들 수 없습니다"라고 결론지었습니다. 이러한 가능성을 배제한 후, 연구진은 '가스 고갈' 형성 메커니즘이라는 혁신적인 가설에 도달했습니다. 이 가설에 따르면 LHS 1903의 행성들은 우리 태양계와는 반대 순서로, 가장 안쪽 행성부터 시작하여 바깥쪽으로 차례로 형성되었습니다. 윌슨은 "가장 안쪽 행성부터 시작해서 중심별에서 멀어지는 방향으로 형성되는 이 메커니즘 때문에 가장 바깥쪽 행성은 가장 안쪽 행성보다 수백만 년 후에 형성되었습니다"라고 말하며, "그리고 나중에 형성되었기 때문에 행성을 만들기에 필요한 가스와 먼지가 원반에 그렇게 많이 남아 있지 않았습니다"라고 설명했습니다. 우리 태양계에서는 가스 행성들이 가장 먼저 빠르게 형성되었고, 그 뒤를 이어 안쪽의 암석형 행성 네 개가 형성되었습니다. 해왕성 궤도 너머에도 명왕성 같은 암석형 천체들이 있지만, 윌슨은 LHS 1903 e와 비교했을 때 이들은 크기가 훨씬 작고 얼음이 풍부하며, 다른 태양계 행성들보다 훨씬 나중에 충돌로 인해 형성되었을 가능성이 높다고 지적했습니다.

형성 순서	태양계	LHS 1903
1단계	가스 행성 형성	안쪽 암석형 행성 형성
2단계	암석형 행성 형성	중간 가스형 행성 형성
3단계	-	바깥쪽 암석형 행성 형성(가스 고갈 상태)

매사추세츠 공과대학의 행성 과학 및 물리학 교수이자 이번 연구의 공동 저자인 사라 시거는 이번 발견이 "우리 은하에서 가장 흔한 별 주위에서 행성이 형성되는 방식에 대한 기존의 관점을 뒤집을 수 있는 최초의 증거 중 일부를 제시할 수 있다"고 말했습니다. 이러한 가스 고갈 형성 메커니즘은 적색 왜성 같은 작은 별 주위에서 행성 형성이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하고 다양한 방식으로 진행될 수 있음을 시사합니다.

행성 형성 이론의 새로운 지평

이번 발견은 행성 과학 분야에 뜨거운 논쟁을 불러일으키고 있습니다. 사라 시거는 해당 연구가 해석하기 어려운 부분을 중심으로 전개되기 때문에 논쟁은 여전히 진행 중이라고 언급하며, "성숙해가는 분야라 할지라도 새로운 발견은 행성계가 어떻게 구성되어 있는지 이해하는 데 아직 갈 길이 멀다는 것을 일깨워줍니다"라고 이메일을 통해 밝혔습니다. 캘리포니아 공과대학의 행성 과학 교수 헤더 너트슨은 LHS 1903이 소행성의 형성 및 진화 과정에 대해 과학자들에게 많은 것을 알려줄 수 있는 흥미로운 행성계라고 평가했습니다. 그녀는 "행성 e는 특히 흥미로운데, 다양한 종류의 대기를 가질 가능성이 있고 물이 응축될 만큼 충분히 차가울 수도 있기 때문입니다"라고 밝히며, "제임스 웹 우주 망원경으로 관측한다면 이 행성의 대기 특성에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것입니다"라고 기대감을 표현했습니다. MIT 카블리 천체물리학 및 우주연구소의 박사 후 연구원인 아나 글리든은 4개의 행성으로 이루어진 LHS 1903 시스템이 우리 태양과는 다른 별 주위에서 작은 행성이 어떻게 형성되는지 연구하는 데 있어 자연 실험실 역할을 할 수 있다고 평가했습니다. 글리든은 "저자들은 가장 바깥쪽 행성이 격렬한 충돌로 대기를 잃기보다는 가스가 거의 없는 지역에서 형성되었을 가능성이 높다고 합리적으로 결론지었다"라고 밝혔으며, 향후 관측을 통해 과학자들이 행성의 대기를 조사하고 다양한 유형의 행성이 어떻게 형성되고 진화하는지 더 잘 이해할 수 있을 것이라고 덧붙였습니다. 볼티모어 우주망원경 과학 연구소의 천문학자 네스토르 에스피노자는 논문에 제시된 형성 가설은 흥미롭지만, 행성 형성은 과학자들이 여전히 이해하려고 노력하는 복잡한 과정이라고 신중한 입장을 표명했습니다. LHS 1903과 같은 작은 별 주위에서 행성이 어떻게 형성되는지는 현재 논쟁거리라고 에스피노자는 지적하며, "이 시스템은 앞으로 수년간 행성 형성 모델들이 설명하려고 노력하게 만들 매우 흥미로운 데이터를 제공합니다. 그리고 여러 모델들을 비교해 보면 행성 형성 과정에 대해 새로운 사실을 알게 될 것이라고 확신합니다!"라고 낙관적인 전망을 제시했습니다.

연구자	소속	핵심 평가
사라 시거	MIT 교수	기존 관점을 뒤집을 수 있는 증거
헤더 너트슨	캘텍 교수	제임스 웹 망원경 관측 필요
아나 글리든	MIT 박사후 연구원	가스 고갈 가설 합리적
네스토르 에스피노자	우주망원경 과학 연구소	장기적 연구 필요한 논쟁거리

이 발견이 가져올 파급효과는 단순히 하나의 특이한 행성계를 넘어섭니다. 적색 왜성은 우주에서 가장 흔한 유형의 별이기 때문에, LHS 1903과 같은 행성계가 더 많이 존재할 가능성이 있습니다. 이는 우주에서 생명체가 존재할 수 있는 환경에 대한 우리의 이해를 확장시킬 수 있으며, 외계 생명체 탐사에도 새로운 방향을 제시할 수 있습니다. 특히 LHS 1903 e처럼 물이 응축될 수 있을 정도로 온도가 적절한 암석형 행성이 적색 왜성의 외곽 영역에 존재할 수 있다는 가능성은 생명 가능 영역(habitable zone)에 대한 기존 개념을 재정의하도록 만들고 있습니다. LHS 1903 행성계의 발견은 우리가 우주를 이해하는 방식에 근본적인 변화를 요구하고 있습니다. 성숙해 가는 행성 과학 분야조차도 아직 발견하지 못한 메커니즘이 많다는 것을 보여주며, 제임스 웹 우주 망원경을 비롯한 차세대 관측 장비들을 통해 이 행성들의 대기 구성과 특성을 분석함으로써 행성 형성 과정에 대한 새로운 통찰을 얻을 수 있을 것입니다. 여러 모델들을 비교하고 검증하는 과정을 통해 우리는 우주에서 행성이 탄생하는 다양한 경로를 더욱 깊이 이해하게 될 것이며, 이는 궁극적으로 우리 자신의 기원을 이해하는 데에도 중요한 단서를 제공할 것입니다.

 

[출처] CNN Science: https://edition.cnn.com/2026/02/12/science/solar-system-inside-out-planets