공전주기가 동기화된 완벽한 태양계 발견

완벽한 태양계: 궤도 공명으로 발견된 새로운 행성계

자연의 규칙성과 천체 운동

과학의 세계에서 자연의 규칙성은 언제나 사람들을 매혹시켜 왔습니다. 고대부터 현대에 이르기까지, 많은 과학자들은 우주의 구조와 행성 간의 거리와 운동을 신의 기하학적인 계획으로 보았습니다. 최근 천체물리학계는 이러한 자연의 규칙성을 다시 한번 놀랍게 보여주는 행성계를 발견했습니다. 바로 우리로부터 100광년 떨어진 별 HD110067과 그 주위를 공전하는 6개의 행성들입니다.

궤도 공명: 절묘한 주기적 공전 현상

발견의 배경

이 행성계를 발견한 미국 시카고대학교 천체물리학과 라파엘 루케 박사후연구원 연구팀은 이 행성계를 '완벽한 태양계'라고 불렀습니다. 이는 6개의 행성이 모두 궤도 공명 현상을 보이며, 서로 일정한 공전주기 비율로 궤도를 돌고 있기 때문입니다. 궤도 공명이란 두 개의 천체가 일정한 정수비로 공전하며, 서로에게 가하는 중력의 영향 역시 일정한 현상을 말합니다.

발견 과정

연구팀은 2020년 테스(TESS) 외계행성 탐사 위성을 통해 HD110067의 밝기가 여러 차례 감소하는 것을 관찰하여 외계행성이 여러 개 있음을 추측했습니다. 그 후 12개의 천체망원경 관측 데이터와 2019년에 발사된 유럽우주국 케옵스 우주망원경(CHEOPS)의 후속 관측 데이터, 2022년 테스 외계행성 탐사위성 관측을 종합해 행성이 모두 6개이며, 이들 행성이 모두 궤도 공명한다는 사실을 확인했습니다.

궤도 공명의 비밀: 두 그룹의 공전 주기

공전 주기의 비율

6개 행성의 궤도 공명은 두 그룹으로 나뉩니다. 첫 번째 그룹은 가장 안쪽의 행성(b)이 중심별을 3번 공전할 때 두 번째 행성(c)은 2번 공전하는 비율로, 두 번째 행성(c)과 세 번째 행성(d), 세 번째 행성(d)과 네 번째 행성(e) 사이도 같은 비율로 공전합니다. 반면, 두 번째 그룹은 네 번째 행성(e)이 4번 공전할 때 다섯 번째 행성(f)은 3번 공전하며, 다섯 번째 행성(f)과 여섯 번째 행성(g) 사이도 동일한 비율로 공전합니다. 다시 말해, 6개 행성은 안쪽부터 순서대로 3:2, 3:2, 3:2, 4:3, 4:3의 비율로 공전합니다.

공전 주기의 조화

가장 바깥쪽의 행성(g)이 한 번 공전하는 동안 맨 안쪽의 행성(b)은 6번 공전합니다. 연구팀이 계산한 6개 행성의 공전주기는 안쪽부터 9.1일, 13.7일, 20.5일, 30.8일, 41.1일, 54.7일입니다. 이 절묘한 조화는 행성계가 형성된 초기 상태를 잘 유지하고 있음을 보여줍니다.

자연의 규칙성에 대한 근본적 질문

궤도 공명의 중요성

6개 행성의 궤도 공명이 중요한 이유는 행성계가 형성된 초기에만 이러한 현상이 유지되고, 수십억 년이 지나면 불안정성과 행성 간 충돌 등의 이유로 안정성이 깨지기 때문입니다. 따라서 이 행성계를 발견한 것은 매우 희귀한 사례로, 행성계 형성 초기의 모습을 이해하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

태양계와의 비교

우리 태양계에서는 목성의 위성 이오, 유로파, 가니메데가 4:2:1의 비율로 궤도 공명을 이루고 있습니다. 하지만 이는 위성의 사례로, 행성들이 궤도 공명을 이루는 경우는 매우 드뭅니다. HD110067의 6개 행성은 태양계 초기의 상황을 추론할 수 있는 귀중한 단서를 제공해줍니다.

행성계의 '화석' 발견

HD110067의 6개 행성은 모두 일정한 공전 궤도를 돌면서 서로 규칙적인 힘을 가하고 있습니다. 이러한 특징은 이 행성계가 적어도 40억 년 전 탄생한 이후 거의 변하지 않았음을 시사합니다. 또한, 이 행성들은 크기도 비슷하며, 일종의 미니 해왕성으로, 작은 핵과 밀도 높은 대기층이 있을 가능성이 있습니다.

이 행성계는 행성계 형성 초기 모습을 담고 있는 '화석'일지도 모릅니다. 이를 통해 우리는 자연의 규칙성이 어떻게 생기고 유지되는지 더 깊이 이해할 수 있을 것입니다. 이번 발견은 천체물리학계에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.