6개의 공명을 갖는 행성계 발견 (영상)
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-11-30 18:07:29
4'00" 읽기 + 2'41" 영상
- 궤도 주기가 거의 완벽하게 조화를 이루는 6개의 외계 행성
- 수십억 년 동안 초기의 거의 완벽한 궤도 조화를 유지할 수 있었던 몇 안 되는 시스템 중 하나
행성계가 형성될 때 해당 구성원의 크기, 궤도 및 궤도 주기는 일반적으로 무작위로 분포되지 않는다. 또한 젊고 새로 형성된 행성계에서 행성은 일반적으로 별 주위에서 조화로운 공명을 그리며 움직인다. 궤도 주기는 간단한 분수(3/2, 4/3 또는 6/5)를 사용하여 표현할 수 있는 비율이다. 예를 들어, 태양계에서 해왕성과 명왕성은 3/2 공명을 통해 연결된다. 해왕성은 3개의 궤도를 도는 데, 명왕성은 2개의 궤도를 도는 데 동일한 시간이 필요하다.
그러나 이러한 궤도 공명은 오래 지속되지 않는 경우가 많다. 근처의 별 통로, 거대 가스 행성 또는 기타 교란의 중력 영향으로 인해 행성 궤도가 변경되고 조화 공명이 중단된다. 이에 따라 아직 온전한 공명 사슬을 지닌 다중 행성계는 드물다. 시카고 대학의 수석 저자인 Rafael Luque는 “모든 행성계의 약 1%만이 그러한 공명 상태에 남아 있다”고 설명했다. 가장 긴 것으로 알려진 공명 사슬 중 하나는 궤도 공명에 있는 6개 행성 중 적어도 5개를 가지고 있다.
근처 별의 혼란스러운 그림자 패턴
이제 Luque와 그의 팀은 정말 희귀한 사실을 발견했다. 바로 모든 외계 행성이 서로 공명하는 6부분으로 구성된 행성계다. 이 행성들은 밝고 태양과 비슷한 별 HD 110067을 공전하고 있으며, 크기와 질량은 우리 태양의 약 80%에 불과하며 약 100광년 떨어져 있다. 2020년 초 TESS 우주 망원경을 사용하는 천문학자들은 별의 규칙적인 그림자를 발견했는데, 이는 여러 행성의 존재를 나타낸다. 그러나 관측 결과 궤도 시간에 대한 모순된 데이터가 드러났다.
이것이 바로 연구자들이 이제 이 행성계에 대한 이전의 모든 TESS 데이터를 평가하고 유럽 CHEOPS 위성을 사용하여 별을 목표로 삼은 이유다. 천문학자들은 “우리는 궤도 주기가 9.1일인 HD 110067b와 주기가 13.7일인 HD 110067c라는 두 개의 외계 행성에 통과를 할당할 수 있었다”고 보고했다. CHEOP 덕분에 그들은 20.5일 동안 별 주위를 공전하는 세 번째 행성 HD 110067d를 발견했다.
공명 조화를 이루는 6개의 행성
그러나 이는 HD 110067 주위의 가장 안쪽에 있는 세 개의 외계 행성조차도 별 주위에서 거의 완벽한 3/2 공명으로 움직인다는 것을 의미한다. 천문학자들은 “이는 이 세 행성이 라플라스 공명 사슬에 갇혀 있다는 것을 의미한다”고 말했다. 그러나 별의 광도 곡선에는 이 세 위성의 조화 신호 외에도 더 약한 다른 그림자가 있었다. “따라서 우리는 아직 지정되지 않은 이러한 우울증이 공명 사슬을 계속하는 행성에서 비롯될 가능성을 조사했다”고 Luque와 그의 동료들은 말했다.
그리고 실제로, 천문학자들은 별 주위에 세 개의 외계 행성을 더 식별했다. 다음 것인 HD 110067e는 한 회전을 완료하는 데 30.7일이 걸리므로 내부 이웃과 3/2 공명한다. 더 나아가, 행성 HD 110067f와 HD 110067g는 약 41일과 54.7일의 공전 주기를 따르므로 4/3의 궤도 공명을 보여준다. 연구팀은 또한 별 HD 110067 주위에 다른 행성이 있을 가능성도 배제하지 않는다. “70일 이상의 궤도 주기를 가진 이 외계 행성들은 별의 거주 가능 구역이나 그 너머에서도 궤도를 돌 수 있다”고 연구원들은 말했다.
이로 인해 이 공명하는 6개 행성 시스템은 현재까지 알려진 행성 시스템 중에서 절대적인 희귀성을 갖게 된다. “HD 110067 행성계에는 1차 공명 사슬을 형성하는 적어도 6개의 통과 외계 행성이 포함되어 있다”고 천문학자들은 말했다. 지금까지 공진형 6계통 시스템은 2개만 알려졌는데, 이제 HD 110067이 세 번째가 되었다. 행성계는 수십억 년 동안 초기의 거의 완벽한 궤도 조화를 유지할 수 있었던 몇 안 되는 시스템 중 하나다.
추가 분석을 위한 좋은 조건
희귀한 6개 행성계는 더욱 흥미로운 분석을 위한 몇 가지 출발점을 제공한다.
장점:
HD 110067은 불과 100광년 떨어져 있으며 천문학자들의 보고에 따르면 4개 이상의 외계 행성이 있는 가장 밝게 알려진 행성계다. 따라서 James Webb 우주 망원경의 선명한 카메라와 분광계를 사용하여 행성을 목표로 삼는 것이 특히 쉽다. 그 데이터는 무엇보다도 6개 하위 해왕성의 외피와 기타 특성에 대해 더 많은 정보를 제공할 수 있다.
"HD 110067은 우리에게 해왕성 이하 행성의 본질에 대한 새로운 통찰력을 얻고 공명 사슬이 어디서, 어떻게, 어떤 조건에서 형성되고 유지되는지 배울 수 있는 기회를 제공한다"고 Luque와 그의 동료들은 썼다.
(nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-06692-3)
출처: 네이처, 유럽우주국(ESA)
- 궤도 주기가 거의 완벽하게 조화를 이루는 6개의 외계 행성
- 수십억 년 동안 초기의 거의 완벽한 궤도 조화를 유지할 수 있었던 몇 안 되는 시스템 중 하나
6개의 공명을 갖는 행성계 발견
근처 별에는 궤도 주기가 거의 완벽하게 조화를 이루는 6개의 외계 행성이 있다.
우주적 희귀성:
천문학자들은 거의 완벽한 궤도 조화를 이루며 자신의 별을 공전하는 6개의 외계 행성을 발견했다. 6개의 하위 해왕성의 궤도 주기는 3/2 및 4/3 궤도 공명으로 이루어진 방해받지 않는 사슬을 형성한다. 이는 매우 드문 일이다. 중력 난류는 일반적으로 시간이 지남에 따라 이러한 공명을 잃게 만든다. 그러나 100광년 떨어진 HD 110067 시스템은 원래의 공명 상태에서 수십억 년을 살아남았다.
 |
| ▲ 6개의 외계행성은 근처 별 HD 110067 주위를 거의 완벽한 조화로 공전한다. 이들은 방해받지 않고 중단되지 않는 6개의 궤도 공명 체인을 형성한다. © Thibaut Roger/NCCR 행성 |
행성계가 형성될 때 해당 구성원의 크기, 궤도 및 궤도 주기는 일반적으로 무작위로 분포되지 않는다. 또한 젊고 새로 형성된 행성계에서 행성은 일반적으로 별 주위에서 조화로운 공명을 그리며 움직인다. 궤도 주기는 간단한 분수(3/2, 4/3 또는 6/5)를 사용하여 표현할 수 있는 비율이다. 예를 들어, 태양계에서 해왕성과 명왕성은 3/2 공명을 통해 연결된다. 해왕성은 3개의 궤도를 도는 데, 명왕성은 2개의 궤도를 도는 데 동일한 시간이 필요하다.
그러나 이러한 궤도 공명은 오래 지속되지 않는 경우가 많다. 근처의 별 통로, 거대 가스 행성 또는 기타 교란의 중력 영향으로 인해 행성 궤도가 변경되고 조화 공명이 중단된다. 이에 따라 아직 온전한 공명 사슬을 지닌 다중 행성계는 드물다. 시카고 대학의 수석 저자인 Rafael Luque는 “모든 행성계의 약 1%만이 그러한 공명 상태에 남아 있다”고 설명했다. 가장 긴 것으로 알려진 공명 사슬 중 하나는 궤도 공명에 있는 6개 행성 중 적어도 5개를 가지고 있다.
근처 별의 혼란스러운 그림자 패턴
이제 Luque와 그의 팀은 정말 희귀한 사실을 발견했다. 바로 모든 외계 행성이 서로 공명하는 6부분으로 구성된 행성계다. 이 행성들은 밝고 태양과 비슷한 별 HD 110067을 공전하고 있으며, 크기와 질량은 우리 태양의 약 80%에 불과하며 약 100광년 떨어져 있다. 2020년 초 TESS 우주 망원경을 사용하는 천문학자들은 별의 규칙적인 그림자를 발견했는데, 이는 여러 행성의 존재를 나타낸다. 그러나 관측 결과 궤도 시간에 대한 모순된 데이터가 드러났다.
이것이 바로 연구자들이 이제 이 행성계에 대한 이전의 모든 TESS 데이터를 평가하고 유럽 CHEOPS 위성을 사용하여 별을 목표로 삼은 이유다. 천문학자들은 “우리는 궤도 주기가 9.1일인 HD 110067b와 주기가 13.7일인 HD 110067c라는 두 개의 외계 행성에 통과를 할당할 수 있었다”고 보고했다. CHEOP 덕분에 그들은 20.5일 동안 별 주위를 공전하는 세 번째 행성 HD 110067d를 발견했다.
 |
| ▲ HD 110067의 6개 행성과 그 궤도 공명을 한눈에 살펴보세요. © ESA |
공명 조화를 이루는 6개의 행성
그러나 이는 HD 110067 주위의 가장 안쪽에 있는 세 개의 외계 행성조차도 별 주위에서 거의 완벽한 3/2 공명으로 움직인다는 것을 의미한다. 천문학자들은 “이는 이 세 행성이 라플라스 공명 사슬에 갇혀 있다는 것을 의미한다”고 말했다. 그러나 별의 광도 곡선에는 이 세 위성의 조화 신호 외에도 더 약한 다른 그림자가 있었다. “따라서 우리는 아직 지정되지 않은 이러한 우울증이 공명 사슬을 계속하는 행성에서 비롯될 가능성을 조사했다”고 Luque와 그의 동료들은 말했다.
그리고 실제로, 천문학자들은 별 주위에 세 개의 외계 행성을 더 식별했다. 다음 것인 HD 110067e는 한 회전을 완료하는 데 30.7일이 걸리므로 내부 이웃과 3/2 공명한다. 더 나아가, 행성 HD 110067f와 HD 110067g는 약 41일과 54.7일의 공전 주기를 따르므로 4/3의 궤도 공명을 보여준다. 연구팀은 또한 별 HD 110067 주위에 다른 행성이 있을 가능성도 배제하지 않는다. “70일 이상의 궤도 주기를 가진 이 외계 행성들은 별의 거주 가능 구역이나 그 너머에서도 궤도를 돌 수 있다”고 연구원들은 말했다.
<우주의 조화: 이것은 인근 별 HD 110067 주위의 6개 외계 행성의 궤도 공명 소리다. ©Nature>
이로 인해 이 공명하는 6개 행성 시스템은 현재까지 알려진 행성 시스템 중에서 절대적인 희귀성을 갖게 된다. “HD 110067 행성계에는 1차 공명 사슬을 형성하는 적어도 6개의 통과 외계 행성이 포함되어 있다”고 천문학자들은 말했다. 지금까지 공진형 6계통 시스템은 2개만 알려졌는데, 이제 HD 110067이 세 번째가 되었다. 행성계는 수십억 년 동안 초기의 거의 완벽한 궤도 조화를 유지할 수 있었던 몇 안 되는 시스템 중 하나다.
추가 분석을 위한 좋은 조건
희귀한 6개 행성계는 더욱 흥미로운 분석을 위한 몇 가지 출발점을 제공한다.
장점:
HD 110067은 불과 100광년 떨어져 있으며 천문학자들의 보고에 따르면 4개 이상의 외계 행성이 있는 가장 밝게 알려진 행성계다. 따라서 James Webb 우주 망원경의 선명한 카메라와 분광계를 사용하여 행성을 목표로 삼는 것이 특히 쉽다. 그 데이터는 무엇보다도 6개 하위 해왕성의 외피와 기타 특성에 대해 더 많은 정보를 제공할 수 있다.
"HD 110067은 우리에게 해왕성 이하 행성의 본질에 대한 새로운 통찰력을 얻고 공명 사슬이 어디서, 어떻게, 어떤 조건에서 형성되고 유지되는지 배울 수 있는 기회를 제공한다"고 Luque와 그의 동료들은 썼다.
(nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-06692-3)
출처: 네이처, 유럽우주국(ESA)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
