작은 별에 목성 질량 행성이 몰려 있었다 — Gaia가 잡은 반칙 35개

주변 원반에는 가스가 부족할 테니 목성은 생기지 않았어야 한다. 행성 형성 교과서는 그렇게 설명한다. 그런데 태양보다 훨씬 가벼운 별들 곁에서 목성 질량 행성이 떴다. 그리고 그 개수가 35개였다.

배경 — 흔한 별의 흔한 이웃

천체물리에서 '적색 왜성(M dwarf)'이라 부르는 M형 별은 태양보다 훨씬 작고 차가운 별이다. 이런 별끼리 중력으로 묶인 별 무리(M형 이중성)가 우리 태양계에서 가장 가까운 이웃이며, 어떤 별이 이런 작은 별을 돌고 있다면 성진 단계가 일찍 끝나 지구의 어머니 행성이 만들어졌을 가능성이 가장 높다.

문제는 이들 별이 작다는 점이다. 행성계 형성의 표준 시나리오인 **코어 흡축 모델(core accretion)**은 원반의 가스가 중심 별 쪽으로 바깥에서 안쪽으로 흘러 들어가며 행성을 만든다고 설명한다. 중심 별이 작을수록 원반의 총질량이 적고, 구심 가속도도 약해 가스가 행성 크기로 뭉치기 어렵다. 이론적으로는 이런 별이 있는 자리는 작은 행성(로키 한계 안쪽)이어야 했다.

핵심 결과 — 15 파섕 안쪽 전수 조사

F. Destriz를 필자로 13인이 참여한 연구팀이 2026년 10월 22일 arXiv에 이 결과를 게재했다. 논문 번호는 arXiv:2610.31006(astro-ph.EP)이며, 논문 주석에는 2026년 10월 19일 Astronomy & Astrophysics 게재가 확정됐다고 적혀 있다.

조사 구간은 Gaia가 정밀 관측한 주변 15 파섕(약 49광년) 이내의 M형 별들이다. 연구팀은 GaiaPMEX 도구로 그중 582개를 검색했다.

결과는 이렇다.

• 156개의 M형 별에서 '이 별 주위에 다른 무언가가 돌고 있다'는 계측 신호가 검출됐다.
• 그중 37개는 이미 알려진 별 동반체, 7개는 이미 알려진 아원반체로 신호가 설명된다. 연구팀은 이들을 먼저 걸러냈다.
• 새로 보고하는 아원반체는 35기. 이들 중 최소 10기가 0.2~2 AU를 공전하며 목성 질량에 근접한 거대행성이다.
• 여기에 아원반체 후보 77기를 추가로 제시했다.
• 기존에 행성이 알려진 별 50개에 대해서는 시선 측정 + 시선속도 이상 + 직접 이미지를 합쳐 어디까지 내려갈 수 있는지(검출 한계)도 함께 제시했다.

왜 반칙인가

582개를 봤는데 156개, 약 27%에서 짝이 있다는 신호가 나왔다. 이미 아는 짝들을 빼고 남은, 순수하게 새로운 아원반체가 35기다. 게다가 최소 10기가 목성 질량이다.

코어 흡축 모델의 논리대로라면 이런 자리는 목성 자리가 아니다. 가스가 모이지 않아 거대한 짝이 만들어질 수 없다는 쪽이다. 연구팀은 이 표본이 코어 흡축 모델에 근본적인 질문을 던진다고 정리했다.

거리도 마찬가지다. 거대행성 후보들의 궤도는 0.2~2 AU다. 이 구간은 작은 별의 지구형 행성이 놓일 수 있는 거리부터 소행성대가 사는 자리까지를 아우른다. 목성 같은 덩어리가 그런 자리에 있다는 뜻이다. 연구팀은 이 중 물의 얼음선 바깥에 위치하는 일부 신규 동반체를, 추후 JWST나 ELT에서 직접 이미지와 코로노그래피 관측을 시도할 유망 표적으로 지목했다.

우주적 시사점 — 왜 Gaia여야 했나

과거의 행성 탐색은 도플러 시선속도법이나 트랜싯법(별 앞을 지나는 행성이 만든 그림자)에 의존했다. 둘 다 밝고 무거운 별 주변을 제게 하거나, 별이 작을수록 신호가 급격히 줄어든다.

Gaia의 방법은 다르다. 정밀하게 기록된 별의 위치와 움직임을 보면, 그 별을 끌어당기는 보이지 않는 짝 때문에 생기는 흔적이 그대로 남는다. 별이 제게 있을수록, 짝이 무거울수록 흔적이 커진다. 밝기가 아니라 무게가 문제가 되는 방법이다.

덕분에 15 파섕이라는 매우 좁은 구간을 사실상 전수 조사할 수 있었다. Gaia가 관측한 이 주변 영역의 M형 별들을 하나하나 직접 들여다본 셈이다. 연구팀은 이 표본이 행성의 발생률을 계산하고 적색 왜성 주변 행성계 구조를 연구하는 데 중요한 입력이 될 것이라고 설명했다.

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출처

• arXiv:2610.31006 [astro-ph.EP] — Searching for substellar companion candidates with Gaia. V. M dwarfs within 15 pc studied with absolute astrometry, radial velocities, and direct imaging (2026년 10월 22일 제출): https://arxiv.org/abs/2610.31006
• 논문 전문(PDF): https://arxiv.org/pdf/2610.31006
• Gaia 미션 공식 페이지: https://www.cosmos.esa.int/web/gaia

본 글은 arXiv 게재 초록에서 확인된 수치와 서술만 사용했습니다. 논문 주석에는 2026년 10월 19일 A&A 게재로 기재되어 있습니다.