6개 행성 가진 ‘완벽한 태양계’ 발견…공전주기도 동기화

미국 시카고대

HD110076 주변을 돌고 있는 6개 행성들의 궤도가 동기화된 모습을 나타낸 다이어그램. NCCR PLANETS 제공.

지구에서 100광년 떨어진 곳에서 크기가 거의 같은 6개 행성을 가진 ‘완벽한 태양계’가 발견됐다. 이 행성들은 별을 도는 공전 주기까지 동기화된 상태를 보였다. 

라파엘 루케 미국 시카고대 천문학·천체물리학과 박사후연구원 연구팀은 30일 국제학술지 ‘네이처’에 이번 행성계 발견에 대한 논문을 발표했다. 

연구팀은 행성들의 크기가 거의 동일할 뿐 아니라, 서로 동기화된 상태로 회전을 하고 있다는 점을 발견했다. 행성계는 처음 형성될 때 이 같은 궤도 동기화가 일어나는 것으로 알려져 있다. 이번에 발견된 행성계는 지금까지도 일정한 공전 주기를 유지하고 있었다. 루케 연구원은 “마치 화석을 보는 것과 같다”며 “이 행성계는 ‘완벽한 태양계’로 볼 수 있다”고 말했다. 

연구팀은 유럽우주국(ESA)이 외계 생명체 등을 찾기 위해 우주로 발사한 외계행성 탐사용 망원경(CHEOPS)을 사용해 이번 행성계 궤도들의 특징을 발견했다. 가장 안쪽에 있는 행성은 9일에 한 번 궤도를 그렸다. 두 번째 행성이 두 번의 궤도를 그리는 동안 가장 안쪽 행성은 세 번을 돌았다. 두 번째와 세 번째 행성 등도 이 같은 비율을 유지하며 궤도를 돌았다.  

발견된 행성계에서 행성들은 별 ‘HD110067’을 중심으로 정확한 공전 주기를 보인 셈이다. 한 행성이 별을 한 바퀴 도는데 걸리는 시간은 또 다른 행성이 두 번 혹은 세 번 도는 시간과 일치했다. 이처럼 도는 시스템을 ‘궤도 공명’이라고 한다. 행성계의 1%만이 이 같은 균형을 유지하고 있다. 

이러한 궤도 공명을 보이는 행성들은 대부분 지구보다 크고 해왕성보다는 작은 행성들이 위치한 행성계에서 발생한다. 이번 행성계에 있는 6개의 행성들은 모두 지구보다 크고 해왕성보다 작은 행성을 칭하는 ‘서브 넵튠’에 해당한다.  

대부분의 행성계는 목성처럼 거대한 행성이 형성된다거나 큰 충돌이 일어나는 등 균형이 깨지는 여러 사건들이 발생하면서 공전 주기 동기화가 유지되지 않는다. 지구가 있는 우리 태양계 역시 궤도 공명을 보이지 않는다. 이처럼 동기화가 깨진 행성계는 수학적 계산이 어렵기 때문에 우주가 진화해온 과정을 해독하는 데 많은 제약이 생긴다. 

천문학자들은 지난 30년간 수천 개의 행성계를 발견했지만 그 어떤 행성계도 행성의 형성 과정을 설명하고 연구하기에 적합하진 않았다. 그런 면에서 공명 상태를 유지하고 있는 이번 행성계의 발견은 우리 태양계가 어떻게 오늘날 이러한 모습을 갖게 됐는지에 대한 통찰력을 제공할 것으로 기대된다. 

발견된 행성계의 항성인 HD110067의 밝기가 매우 밝다는 점에서 이 행성계는 지속적인 관찰 또한 가능할 것으로 보인다. 연구팀은 이곳에서 잠재적으로 생명 징후도 발견할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 

[문세영 기자 moon09@donga.com]