막심해(莫心海)
【정견망】
사이언스 사이트에 따르면 천문학자들이 지구에서 불과 100광년 떨어진 한 항성 주변에서 매우 특이한 행성계(行星系)를 발견했다고 한다. 이 행성계에는 지구보다는 크지만 해왕성보다는 작은 6개의 행성들이 있다. 모든 행성들이 완벽한 공명 궤도를 돌고 있다. 이 행성계는 별의 밝기, 지구와의 상대적 거리, 궤도를 운행하는 6개의 특이한 천체들로 인해 해왕성 이하 행성의 형성을 연구하는데 이상적인 실험실이 될 수 있다.
이번 연구에는 참여하지 않은 오픈 유니버시티의 천문학자 캐롤 해즈웰은 “아주 흥미로운 체계입니다.”라고 말했다. 이들 행성들은 모두 수성보다 더 좁은 궤도를 갖고 있지만 추가적인 관측을 통해 이 항성의 거주 가능 영역에서 액체 상태의 물을 가진 행성이 많이 발견된다면 ”우리 은하계에서 가장 흥미로운 별이 될 수 있다“고 말했다.
지구는 우리 태양계에서 가장 큰 암석 행성이지만 전체 순위는 5위다. 네 번째 행성은 기체 거대 행성 중 가장 작지만 여전히 지구보다 4배 크고 17배 무거운 추운 해왕성이다. 이 엄청난 차이는 태양계 외부의 얼음 지역과 태양 근처의 따뜻한 기후라는 행성 형성 조건의 자연스러운 결과로 여겨져 왔다. 그러나 은하계 다른 곳에서도 이 정도 크기의 행성이 발견되어 다시 생각해 볼 필요가 있다. 하지만 지구의 1.5배에서 2배 사이의 지름을 가진 행성은 거의 존재하지 않는 것으로 보이는데 천문학자들은 그 이유를 몹시 알고 싶어 한다.
이 새로운 행성계의 발견에는 두 대의 우주 망원경과 여러 대의 지상 망원경, 그리고 수십 명의 천문학자들이 3년이 넘는 탐색 작업이 포함되어 있다. 이 탐색은 시카고 대학의 천문학자인 라파엘 루케가 별 앞을 지나가는 행성 때문에 별의 밝기가 감소하는 것을 찾기 위해 고안된 NASA의 외계행성 탐사 위성 테스(TESS)의 경고를 면밀히 검토하던 2020년에 시작되었다. 그는 지구에서 불과 100광년 떨어진 곳에 존재하는 태양과 같은 별인 HD 110067과 관련된 흥미롭지만 불확실한 감소를 발견했습니다. 이에 대해 보다 많은 것을 알기 위해 테스가 같은 하늘로 돌아오는 2022년 초까지 기다려야 했다.
새로운 데이터는 공전 주기가 9.1일과 13.7일인 이 별의 최초 두 행성을 명확히 밝혀냈다. 이후 유럽우주국의 외계행성 특성화 위성(CHEOPS)이 관측한 결과 공전주기가 20.5일인 세 번째 행성이 발견되었다.
그러나 이 자료들만으로는 별빛이 감소하는 또 다른 4곳의 항성 통과 현상(Solar transit 역주: 행성이 별 앞을 통과하며 별의 밝기가 감소하는 현상)을 설명할 수 없었다.
“우리는 추가적인 제약 조건이 필요했습니다.”라고 루크는 말한다. 한 걸음 더 나아가기 위해 연구팀은 궤도 이론의 도움을 받아야 했다. 이미 알려진 세 행성의 공전 궤도는 각 쌍의 이웃 행성 사이에 3:2의 공명을 보여준다. 즉, 안쪽 행성이 공전 궤도를 세 번 돌면, 바깥쪽 행성은 두 번 공전한다. 다른 행성들도 공진 상태에 있을 것으로 예상한 연구팀은 2:1, 3:2, 4:3과 같은 공진 주파수를 가진 다른 행성들을 찾아 보았다. 이렇게 해서 네 번째 행성이 발견되었는데 3:2 공명 주파수에 속하며 궤도 주기는 30.8일로, 두 차례 항성 통과 현상과 완벽하게 일치했다.
추가 연구에 따르면 나머지 두 차례 별빛의 공전 주기는 41.1일과 54.7일 주기로 공전하는 행성과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이 행성들은 각각 내부 이웃 행성과 4:3 공명 상태에 있다.
연구팀은 아주 운이 좋았는데 수많은 행성계 중 약 1%만이 이웃 행성 간 공명을 보이고 또한 HD 110067 행성계는 6개의 행성으로 구성된 최초의 공명 체인으로 알려져 있다. (또 다른 유명한 행성계인 트랩피스트-1에는 지구 크기의 행성이 7개 있지만 공명이 아니라 공명에 가까운 상태에 있을 뿐이다.) 비록 이론적으로 예측된 행성이 이런 공명 속에서 형성되는 경향이 있지만, 수억 년이 지나면서 흔히 불안정해지거나 또는 지나가는 별이나 위치를 벗어난 행성의 충격을 받아 공명 상태에서 벗어나기 때문이 된다.
CHEOPS 항목에 참가한 과학자 막시밀리안 귄터에 따르면 HD 110067는 행성이 형성되는 조건을 이해하는데 있어 아주 특수한 기회가 된다. 왜냐하면 약 80억년에 달하는 수명 중 그 어떤 것도 궤도를 어지럽히지 않았기 때문이다. 그는 “이것은 마치 행성계통의 형성과 진화를 연구하는 화석과 같습니다”라고 말했다.
자료출처: https://www.science.org/content/article/astronomers-stunned-six-planet-system-frozen-time
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/286971