태양계 밖에는 지구의 달처럼 외계행성을 도는 외계위성(exomoon)이 분명히 있을 것으로 추정된다. 그러나 외계행성을 4천개 가까이 확인하는 동안 외계위성은 꼭꼭 존재를 숨기고 있다.

태양계에는 위성이 200개에 달할 정도로 흔하다. 하지만 외계위성은 지난해 약 8천광년 떨어진 곳의 가스 행성 '케플러-1625b' 주변에서 위성으로 추정되는 천체 '케플러-1625b-i'를 찾아낸 것이 전부다.

행성에 비해 크기가 작고 이를 찾아낼 수 있는 천체면통과(transit) 신호도 약해 외계위성의 존재를 확인하는 것이 여간 어렵지 않기 때문이다.

이런 상황에서 화산 활동이 활발한 것으로 추정되는 외계위성을 간접적으로 관측한 결과가 학계에 보고돼 주목받고 있다.

스위스 베른대학과 외신 등에 따르면 이 대학 물리연구소의 박사후과정 연구원 아푸르바 오자는 지구에서 약 550광년 떨어진 토끼자리의 'WASP-49b' 행성을 돌고 있는 것으로 추정되는 위성에 관한 연구 결과를 내놓았다. 이에 관한 논문은 조만간 국제학술지 '천체물리학 저널(The AstrophysicalJournal)'에 실릴 예정이다.

연구팀은 이 위성을 직접 관측하지는 못했지만 행성 주변의 높은 고도에서 측정된 소듐(Na) 가스를 통해 위성이 있을 것으로 추정했다. 행성 WASP-49b의 바람만으로 도달할 수 없는 고도에서 소듐 가스가 이례적으로 높게 측정된 것이 화산활동이 강한 위성의 존재를 확인해주는 증거가 된 것이다.

외계행성 케플러-1625b(중앙의 검은색 큰 점)와 위성 추정 천체 상상도 [댄 두르다 제공]

연구팀은 목성과 태양계에서 화산활동이 가장 활발한 이오(Io) 위성의 관계를 분석한 뒤 이를 토대로 일련의 질량 손실 계산을 통해 소듐을 방출하는 위성의 위치를 예측한 결과, "소듐이 있어야 할 위치에서 정확하게 나왔다"고 밝혔다.

오자 박사가 버지니아대학 박사과정 중 참여한 앞선 연구에서는 별과 행성, 위성 등 3개 천체가 중력의 줄다리기에 묶여 수십억년에 걸쳐 안정된 상태를 유지할 수 있다는 연구결과를 내놓은 바 있다. 이 연구에서 위성은 중력의 영향으로 안정된 궤도를 유지하면서 내부가 가열돼 화산활동이 일어나는데, 화산활동을 하는 암석형 위성은 대형 가스행성보다 많은 소듐과 포타슘을 내뿜을 가능성이 높은 것으로 나타났다.

WASP-49b도 대형 행성으로 공전 주기가 채 3일이 안 되게 별에 바짝 붙어있고, 외계위성은 이 행성을 돌고있어 별과 행성, 위성이 중력 줄다리기에 묶여있는 셈이다.

연구팀은 WASP-49b의 위성이 목성의 위성인 이오와 비슷한 것으로 추정하면서 영화 스타워즈에서 용암이 끓어 흐르는 다스 베이더의 성(城)이 있는 행성인 무스타파에 비유하기도 했다.

연구팀은 지금까지의 분광 측정은 이오와 비슷한 화산활동 위성의 존재를 나타내는 것이지만 행성을 둘러싼 이온 가스 고리일 가능성도 있다면서 지상과 우주망원경을 이용한 추가 관측이 필요하다고 덧붙였다.

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