바깥 행성이 암석 형이고 안쪽 행성이 가스 형으로 되어 있는, 기존 행성과 정반대되는 배열로 이루어져 있는 외계 행성계가 발견돼 천문학자들의 이목을 끌고 있다.

유럽우주국(ESA)은 12일(현지시간) 외계행성 관측 위성 CHEOPS가 적색왜성 LHS 1903 주위를 도는 네 개의 행성이 공전하는 독특한 행성계를 확인했다고 밝혔다. 가장 안쪽 행성은 암석형이고, 그 다음 두 행성은 가스형이며, 가장 바깥쪽의 네 번째 행성 역시 암석형으로 추정되는, 기존 행성 형성 이론과 상반되는 배열이 드러난 것이다.

ESA에 따르면 영국 워릭대 토머스 윌슨 박사 연구팀은 지상·우주 망원경 자료와 외계행성 특성 분석 위성(CHEOPS) 관측을 결합해 LHS 1903을 도는 네 개의 행성을 분석했다. 중심에 가까운 첫 번째 행성은 암석형, 그 바깥 두 개는 가스형으로 분류됐다. 문제는 가장 멀리 떨어진 네 번째 행성이다. 통상 별에서 멀수록 두꺼운 대기를 지닌 가스 행성이 형성된다는 이론과 달리, 이 네 번째 행성은 작은 암석 행성으로 나타났다. 이러한 배열은 은하계 전체와 우리 태양계에서 볼 수 있는 패턴과 모순된다.

12일 CNN에 따르면 우리 태양계에서는 암석형 행성(수성, 금성, 지구, 화성)은 태양에 더 가까이 공전하고, 가스형 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)은 더 멀리 떨어져 공전한다.

현행 이론에 따르면 항성 가까이에서는 강한 복사로 가스가 제거돼 암석형 행성이, 외곽에서는 차가운 환경 덕분에 가스가 축적돼 거대 가스 행성이 형성된다. 그러나 LHS 1903 행성계는 '암석-가스-가스-암석'이라는 역전된 배열을 보였다. 연구진은 과거 충돌로 대기가 벗겨졌거나 행성 간 궤도 교환이 있었을 가능성도 검토했으나, 시뮬레이션 결과 이를 배제했다.

대신 연구진은 행성들이 동시에 형성된 것이 아니라 순차적으로 태어났을 가능성에 주목했다. 특히 네 번째 행성은 원시 원반의 가스가 거의 소진된 환경에서 뒤늦게 형성됐을 수 있다는 것이다. 이는 약 10년 전 제기된 '안쪽에서 바깥으로 형성되는(inside-out) 행성 형성' 가설을 뒷받침하는 첫 강력한 증거로 평가된다.

ESA 연구원 이사벨 레볼리도는 "지금까지의 행성 형성 이론은 태양계를 기준으로 발전해왔다"며 "다양한 외계행성계가 발견되면서 기존 이론을 재검토해야 할 시점"이라고 밝혔다. 

이번 연구는 12일 국제학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다.

한편, 적색왜성 LHS 1903이라고 불리는 이 암석형 행성은 지구에서 약 116광년 떨어져 있다. 반지름이 지구의 약 1.7배에 달해 천문학자들이 '슈퍼지구'라고 부르는, 밀도와 구성은 비슷하지만 크기가 더 큰 행성이다.  

이 행성계는 2018년 NASA가 발사한 외계행성 탐사 위성(TESS)을 이용해 처음 발견됐다. 이후 2019년 유럽우주국(ESA)이 발사한 외계행성 특성 분석 위성(CHEOPS)을 이용해 분석이 진행됐다. CHEOPS는 이미 외계행성을 가진 것으로 알려진 별들을 연구하는 위성이다. 

이번 발견은 태양계의 질서가 보편적이라는 전제를 흔들며, 우주에 존재하는 행성계의 다양성과 복잡성을 다시 한 번 부각시키고 있다.