별들이 형성되는 페르세우스 분자 구름(위쪽 사진). 그 일대에서 발견된 떠돌이 행성들이 3개의 녹색 원으로 강조 표시되어 있다. / ESA·NASA ·CSA·R. Jayawardhana Et Al.

"별도 아니고, 행성도 아닌 것이..." 행성과 별 사이의 경계에 위치한 천체를 두고 하는 말이다. '자유롭게 떠다니는 행성 질량 물체(free-floating planetary-mass objects, FFPMOs)'로 명명된 물체들이 새로 발견됐다. 이들은 물론 기존 행성이나 별과는 다른 방식으로 형성된 것으로 보인다.

포퓰러사이언스닷컴 등에 따르면, 제임스웹 우주망원경(JWST)을 이용한 천문학자 팀이 최근 '떠돌이 행성(rogue planets)' 여섯 개를 찾아냈다. 이들은 페르세우스 분자 구름 속에 숨어 있다가 드러났는데 목성보다 5~10배 더 큰 가스 거인으로 추정된다. 새로운 별들의 못자리인 페르세우스 분자구름은 지구로부터 약 1000광년 떨어진 페르세우스자리에 위치하고 거대한 성간 물질로 이뤄져 있다. 연구 결과는 8월 27일자 '천문학 저널(Astronomical Journal)'에 실렸다.

떠돌이 행성은 말 그대로 중앙 별의 중력에 묶이지 않고 자유롭게 우주를 떠돌아다니는 천체다. 이들의 질량은 행성과 비슷하고, 형성과정은 별과 유사하다. 대부분은 물질이 충돌하는 초기 단계에서 방출된 물질로 생긴다. 독립적으로 존재하며 우주 먼지로 이루어진 원반도 가질 수 있다. 일부는 별의 핵융합을 일으킬 만큼 충분한 질량을 갖지 못한 분자 구름의 붕괴로 형성된다. 그렇지만 아직까지는 하계의 떠돌이 행성 분류는 모호한 상태다. 과학자들은 은하계에 수조 개가 있다고 추정하지만, 현재까지 알려진 것은 약 70~170개밖에 없다.

특히 이번 연구는 젊은 성운 NGC1333에서 발견된 떠돌이 행성에 주목했다. NGC1333은 페르세우스 별자리의 분자 구름 안에 위치한 반사 성운이다. 주로 먼지와 가스로 이뤄져 있지만 구조는 매우 복잡하다. 연구팀은 JWST의 민감도를 활용해 성운의 가장 희미한 구성원(물체)을 탐지했다.

연구의 공동 저자이자 존스 홉킨스대학 천체물리학자인 레이 자야와르다나는 "관측 결과가 별과 행성이 형성되는 방식을 확인해 준다"며 "특히 가스와 먼지 구름의 수축으로 별이 형성되는 방식과 젊은 별 주변의 가스와 먼지 원반에서 행성이 형성되는 두 가지 방식이 모두 존재한다"고 강조했다.

가장 흥미로운 발견 중 하나는 목성 질량의 약 5배로 추정되는 FFPMO이다. 이 천체는 근처에 먼지 원반을 가지고 있는데, 원반은 행성 형성에 필수적이다. 연구의 공동 저자인 알렉스 슐츠는 "이러한 작은 물체들이 자체적으로 행성을 형성할 수 있다"며 "태양계보다 작은 규모에서 미니어처 행성계의 산실이 될 수 있음을 의미한다"고 설명했다. 

연구팀은 JWST에 탑재된 NIRISS(근적외선 영상기 및 슬릿 없는 분광기) 장비를 써서 성단 관측 부분의 모든 물체의 적외선 광 프로파일을 측정하고, 19개의 알려진 갈색 왜성을 재분석했다. 또한 갈색 왜성 옆에 행성급 동반자가 있는 새로운 갈색 왜성까지 찾아냈다. 이는 쌍성계가 형성되는 방식에 대한 기존 이론에 대한 도전으로 평가된다.

향후 연구에서 연구팀은 더 희미한 물체의 대기를 조사하고, 갈색 왜성과 가스 거인 행성의 대기와 비교할 계획이다. 또한 JWST를 사용해 먼지 원반을 가진 유사한 물체를 연구하고, 이러한 원반이 목성과 토성의 수많은 달과 유사한 미니 행성계를 형성하는지를 탐구할 예정이다. 이번 연구는 별과 행성 형성에 대한 이해를 크게 확장해 줄 것으로 기대된다.