역대 가장 조밀한 '4중성계' 발견…"94억년 후 합쳐질 것"

3개의 별이 중력으로 묶여 움직이는 3중성계를 표현한 그림. 여러 항성이 중력으로 묶여 움직이는 다중성계는 별의 형성 과정과 궤도 안정성을 이해하는 데 유용한 데이터를 제공한다. 게티이미지뱅크 제공

지금까지 관측된 것 중 가장 좁은 공간에 모인 '4중성계'가 발견됐다. 태양부터 수성 궤도까지의 영역에 3개의 별(항성)이 안정적으로 모여 있고 그보다 바깥에 한 별이 주변을 공전하는 '3+1' 형태의 4중성계다. 계산에 따르면 93억9000만년 후 합쳐져 2개의 백색왜성이 될 가능성이 높은 것으로 예측됐다.

타마스 보르코비츠 헝가리 세게드대 연구원팀은 희귀한 4중성계 'TIC 120362137'의 존재를 확인하고 연구결과를 3일(현지시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개했다.

여러 항성이 중력으로 묶여 움직이는 다중성계는 별의 형성 과정과 궤도 안정성을 이해하는 데 유용한 데이터를 제공한다. 특히 3개 이상의 별이 모인 경우는 희소하고 그만큼 연구 가치도 크다. 4중성계는 쌍성 2개가 상호작용하는 2+2 형태와 삼중성계에 별 1개가 추가된 3+1 형태로 분류된다.

연구팀은 미국 항공우주국(NASA)의 외계행성 탐사위성 테스(TESS) 관측 자료와 지상 관측소 데이터를 종합 분석해 4중성계 'TIC 120362137'을 발견했다.

4중성계 'TIC 120362137'를 구성하는 각 별의 움직임을 나타낸 그림. 가로축과 세로축의 거리 단위는 태양의 반지름이다. 가장 안쪽의 쌍성 Ab, Aa 주변을 B가 공전하는 3중성계가 수성의 궤도보다 좁은 영역에 존재한다. 네 번째 별인 C는 화성보다 멀고 목성보다 가까운 궤도를 따라 3중성계 주변을 공전한다. Borkovits et al.(2026)/Nature Communications 제공

분석에 따르면 TIC 120362137의 가장 안쪽에는 수일 주기로 가까이서 서로를 공전하는 쌍성과 그들을 51.3일 주기로 돌고 있는 세 번째 별이 존재한다. 안쪽의 세 별은 태양 주변을 공전하는 수성 궤도보다도 좁은 영역에 모인 것으로 확인됐다.

3중성계 바깥으로 화성보다 멀고 목성보다는 가까운 궤도를 따라 네 번째 별이 공전하는 것으로 나타났다. 네 번째 별의 공전주기는 1046일로 계산됐다.

연구팀이 파악한 별의 운동을 바탕으로 시뮬레이션한 결과 약 93억9000만년 후 4개의 별이 합쳐져 백색왜성 쌍이 되며 생을 마감할 가능성이 높은 것으로 분석됐다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41467-026-69223-4

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]