행성도 '회전 기록'을 남긴다? 가벼운 행성이 더 빨리 도는 의외의 발견 🪐

이미지 = 나사

팽이를 돌릴 때 작은 팽이가 큰 팽이보다 빙글빙글 잘 도는 모습, 본 적 있으시죠. 그런데 우주에서도 비슷한 일이 벌어진다는 흥미로운 연구가 나왔습니다. 천문학자들이 멀리 떨어진 외계 거대행성들의 자전 속도를 측정해봤더니, 더 가벼운 행성이 오히려 더 무거운 천체보다 빠르게 돌고 있더라는 거예요. 직관과는 살짝 어긋나는 이 발견, 한번 풀어볼게요.

그런데 왜 행성의 '자전'을 잴까?

먼저 이게 왜 중요한지부터요. 천문학자들은 오래전부터 "행성의 무게(질량)와 자전 속도가 어떤 관계가 있지 않을까?" 추측해왔습니다. 실제로 우리 태양계의 목성과 토성은 덩치가 어마어마한데도 약 10시간 만에 한 바퀴를 돌 정도로 엄청 빨라요. 둘이서 태양계 회전 에너지의 상당 부분을 끌어안고 있죠.

이 연구에서 가장 인상적인 표현이 하나 있어요. 제1저자인 노스웨스턴대 디노 치춘 쉬 연구원은 자전을 두고 **"행성이 어떻게 형성됐는지를 보여주는 화석 기록"**이라고 했습니다. 화석을 보고 옛 생물을 복원하듯, 지금 행성이 도는 속도를 보면 수천만~수억 년 전 그 행성이 어떻게 빚어졌는지를 거꾸로 추적할 수 있다는 거예요. 자전 속도 하나에 그 행성의 '출생의 비밀'이 담겨 있는 셈이죠.

어떻게 그 먼 행성이 도는 걸 봤을까?

수십 광년 떨어진 행성이 빙글빙글 도는 걸 무슨 수로 봤을까요? 연구진은 하와이 마우나케아의 W. M. 켁 천문대에 있는 KPIC라는 특수 장비를 사용했습니다. 거대행성 6개와 갈색왜성 25개 등 총 32개 천체를 관측했어요.

원리가 꽤 재밌어요. 행성이 자전하면 한쪽 면은 우리 쪽으로 다가오고 반대쪽 면은 멀어지잖아요. 이때 빛의 파장이 살짝 늘어나고 줄어들면서 스펙트럼이 넓게 퍼지는데, 이 퍼진 정도를 분석하면 행성이 얼마나 빨리 도는지 계산할 수 있습니다. 빠르게 돌수록 더 많이 번지는 거죠. 직접 눈으로 회전을 보는 게 아니라, 빛에 남은 흔적으로 속도를 읽어내는 정교한 기술입니다.

핵심 발견: 작은 게 더 빨리 돈다

결과를 정리하면 이렇습니다. 질량과 크기, 나이를 다 감안하고 비교했는데도 가스 거대행성이 더 무거운 천체(갈색왜성)보다 빠르게 자전하더라는 거예요.

이걸 가장 극적으로 보여주는 사례가 'HR 8799'라는 항성계입니다. 여기엔 목성 질량의 약 7배인 거대행성과, 목성 질량의 24배나 되는 갈색왜성이 함께 있어요. 그런데 덩치가 3배 이상 작은 행성이, 무거운 갈색왜성보다 무려 6배나 빠르게 돌고 있었습니다. 상식적으론 큰 놈이 더 묵직하게 돌 것 같은데 정반대였던 거죠.

범인은 '자기장'이었다

왜 이런 일이 벌어질까요? 열쇠는 자기장에 있었습니다. 행성이 갓 태어났을 무렵, 주변을 둘러싼 원반(원행성 원반)과 행성의 자기장이 서로 상호작용을 하는데요. 자기장이 강하면 이 원반이 일종의 브레이크처럼 작용해서 회전 속도를 늦춥니다.

무거운 갈색왜성은 훨씬 강한 자기장을 갖고 있었고, 그래서 더 강하게 제동이 걸려 느려진 거예요. 반대로 자기장이 약한 가벼운 행성은 그만큼 덜 붙잡혀서 빠른 회전을 유지할 수 있었던 거죠. 무게가 아니라 '브레이크의 세기'가 자전 속도를 갈랐던 셈입니다.

이게 지구랑도 상관이 있다고?

흥미로운 건 이 이야기가 우리와 무관하지 않다는 점이에요. 쉬 연구원은 "각운동량(회전 에너지)이 행성들 사이에 어떻게 분배되는지가 행성계 전체의 구조에 영향을 미친다"며, **"지구의 자전과 자기장조차 결국 태양계가 형성될 때 이 회전 에너지가 어떻게 나뉘었는지와 연결된다"**고 설명했습니다. 우리가 하루 24시간을 사는 것도, 지구가 자기장을 가진 것도, 거슬러 올라가면 태양계 탄생 당시 '회전 예산'이 어떻게 배분됐는지의 결과라는 거죠. 외계행성 이야기가 갑자기 우리 발밑의 이야기로 이어지는 대목입니다.

앞으로가 더 기대되는 이유

연구진은 여기서 멈추지 않습니다. 다음 목표는 어느 별에도 매이지 않고 우주를 홀로 떠도는 **'떠돌이 행성(Rogue Planet)'**의 자전이에요. 이름부터 낭만적이죠. 여기엔 2027년 가동 예정인 차세대 장비 HISPEC이 투입됩니다. 기존 KPIC보다 감도도 좋고 해상도도 높아서, 자전을 잴 수 있는 행성 수를 대폭 늘릴 수 있다고 해요.

특히 공동 저자 제이슨 왕 교수의 말이 흥미로웠습니다. HISPEC으로는 우리 목성과 더 비슷한 행성들을 연구해서 **"우리 목성이 과연 평범한 행성인지"**를 확인할 수 있다는 거예요. 우리 태양계가 우주에서 흔한 케이스인지, 아니면 특별한 예외인지 — 생각해보면 꽤 근본적인 질문이죠.

정리하며

요약하면, 천문학자들이 외계행성의 자전 속도를 재봤더니 가벼운 거대행성이 무거운 갈색왜성보다 빨리 돌았고, 그 원인은 자기장에 의한 '브레이크' 차이였습니다. 그리고 이 작은 회전 속도의 차이가 행성계 전체의 모습, 나아가 우리 지구의 하루까지 거슬러 연결된다는 이야기였어요.

행성이 도는 속도 하나에 그 행성의 탄생 비밀이 새겨져 있다니, 우주는 정말 곳곳에 단서를 숨겨두는 것 같네요. 해당 연구는 천문학 저널(The Astronomical Journal)에 게재됐습니다. 🔭

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