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- 6개 행성 중 5개는 공명으로 리드미컳게 운동
- 지금까지 설명할 수 없는 조합

독특한 행성계 발견
5개의 행성이 궤도 공명으로 움직이고 크기와 질량이 무질서하다.

놀랍게도 다른 점 :
천문학자들이 여러 면에서 특이한 행성계를 발견했다.
200광년 떨어진 시스템에서 6개 행성 중 5개는 궤도 공명으로 움직이며, 궤도는 서로 리드미컬하게 조정된다. 가장 긴 알려진 공명 사슬 중 하나다. 행성의 특징은 더욱 혼란스럽게 분포되어 있다. 조밀한 암석 행성과 가스 거인이 격렬하게 뒤섞인 것처럼 보인다. 

▲ 별 TOI-178 주위의 6개 행성 중 5개가 궤도 공명으로 움직인다. 궤도 시간은 정수비로 서로 관련되어 있다. © ESO/ L. Calcada

우리 태양계에는 특정한 질서가 있다.
원 내부에는 조밀한 암석, 그 바깥쪽 외부에는 더 큰 가스 ​​및 얼음 행성이 있다.
또한 궤도 시간이 조화로운 정수 비율인 천체도 있다.
예를 들어, 해왕성(Neptune)과 명왕성(Pluto) 및 카이퍼벨트*(Kuiper Belt)의 일부 다른 물체는 3:2 공명을 통해 연결된다. Neptune은 3개의 궤도를 만들고 Pluto는 2개의 궤도를 완성한다.
*카이퍼 벨트는 해왕성 바깥쪽에서 태양계 주위를 도는 작은 천체들의 집합체,1951년 미국 천문학자 제라드 카이퍼(Gerard Kuiper)가 최초로 그 존재를 주장

6개의 행성이 있는 근처 별

최근 제네바 대학과 베른 대학의 아드리엔 렐로이(Adrien Leleu)와 동료 천문학자들은 매우 특이한 형태의 질서를 보여주는 행성계를 발견했다.
별 TOI-178은 별자리 조각가 (조각가)에서 우리로부터 약 200광년 떨어져 있다.
NASA의 TESS 우주 망원경의 이미지를 기반으로 이 별에는 적어도 두 개의 행성이 있다고 가정했다.

▲ 별 TOI-178은 별자리 조각가 (조각가)에서 우리로부터 약 200광년 떨어져 있다.

그러나 ESA의 Cheops* 우주 망원경으로 새로운 관측을 한 결과 TOI-178 주변의 시스템에 더 많은 행성이 포함돼 있는 것이 밝혀졌다.
“우리는 거의 같은 거리에서 별을 공전하는 두 행성이 아니라 매우 특별한 구성을 하고 있는 여러 행성이라는 것을 깨달았다"고 Leleu는 말했다. Cheops 데이터는 처음에 5개의 외계 행성을 보여줬다가 이후에 6번째까지 보여주었다.
*CHEOPS (Characterizing ExOPlanet Satellite 용)는 지구 주변의 외계 행성을 특성화하고 연구하는 임무를 가진 유럽 우주국 (ESA)의 우주 망원경. 지구 궤도에서 알려진 행성계와 함께 약 400 개의 별을 관측한다. 290kg, 높이 2.6m.

조화로운 움직임

특이한 점 :
이 6개 행성 중 5개 행성의 궤도는 궤도 공명으로 연결돼 있으며 현재까지 알려진 가장 긴 공명 사슬 중 하나를 형성한다. 별에 가장 가까운 가장 안쪽의 행성 만이 이 조화로운 리듬에 맞춰 춤을 춘다. 다른 행성은 18:9:6:4:3 패턴을 따른다.
체인의 첫 번째 행성은 18개의 궤도를 통과하고 두 번째 행성은 9개의 궤도를, 다음 6개의 궤도를 통과한다.

이 조화로운 궤도 운동의 결과로 TOI-178 주변의 행성은 몇 궤도마다 질서 정연한 선을 형성 한 다음 다시 분산된다. 베른 대학의 공동 저자 얀 알리버트(Yann Alibert)는 “이 시스템의 경로는 매우 잘 정돈되어 있다. 이것은 이 시스템이 탄생한 이래로 매우 완만하게 발전했음을 보여준다”고 설명했다. 반면에 시스템이 충돌이나 근처의 별 통로로 인해 크게 방해를 받았다면 공명은 보존되지 않았을 것이다.

작은 바위 공 옆에 있는 푹신한 가스 행성

따라서 행성계 TOI-178의 두 번째 특징은 훨씬 더 이상하다.
행성의 크기와 질량은 태양계에서처럼 명확한 순서를 따르지 않지만 Cheops 위성의 데이터처럼 무작위로 혼란스럽게 혼합된 것처럼 보인다. 칠레에 있는 남유럽 천문대의 망원경이 보여주었다. 이것에 따르면 행성은 모두 지구 크기의 약 1~3배이지만 그 질량은 1.5~30개의 지구 질량으로 다양하다. 

▲ TOI-178의 행성은 밀도 측면에서 놀랍게도 무질서하다. © ESA

따라서 행성계는 지구와 같은 암석 행성과 초 지구뿐만 아니라 지구보다 밀도가 훨씬 낮은 경 가스 행성을 모두 포함하며 이러한 유형의 행성은 임의의 순서로 번갈아 가며 나타난다. “TOI-178 시스템에서 지구와 같은 조밀 한 지구 행성은 해왕성 밀도의 절반에 해당하는 매우 푹신한 행성 바로 옆에 있고 그 다음에는 해왕성과 매우 유사한 행성이 있는 것으로 보인다.”라고 제네바 대학의 공동 저자 나탄 하라(Nathan Hara)가 보고했다.

독특하고 지금까지 설명할 수 없는 조합

이 공명과 혼돈 밀도 시퀀스의 조합은 지금까지 알려진 행성계 중에서 TOI-178을 독특하게 만든다. "우리는 행성계에서 처음으로 그러한 구조를 관찰하고 있다"고 Leleu는 말했다. "우리는 행성이 리듬 공명으로 움직이는 일부 시스템을 알고 있지만 행성이 별에서 멀어질수록 행성의 밀도가 점차 감소한다."

천문학자들은 이것이 TOI-178의 경우가 아닌 이유를 아직 설명할 수 없다.
충돌과 같은 재앙적인 사건은 행성 밀도의 큰 변동을 설명할 수 있다. 그런 다음 이러한 사건이 공명 체인을 방해 했어야 한다. 이는 분명히 사실이 아니다.
"궤도 운동의 리드미컬한 조화와 무질서한 밀도 사이의 이러한 대조는 행성계의 형성과 발전에 대한 우리의 이해에 의문을 불러 일으킨다"고 Leleu는 말했다. 

(이것은 TOI-178 주변 행성의 궤도 공명을 소리로 변환하면 들릴 것이다.© ESO/ L. Calcada)

TOI-178 주변에 다른 행성이 있을까?

Leleu와 그의 팀은 이제 TOI 시스템을 더 자세히 조사하려고 한다.
그들은 더 많은 행성이 별 주위에 더 멀리 숨겨질 수 있다고 의심한다.
"우리는 또한 다른 행성과 공명하지 않는 가장 안쪽 행성에 무슨 일이 일어났는지 알고 싶다."라고 Leleu는 말한다. "우리는 조수의 힘으로 인해 이 공명에서 떨어졌다고 생각한다."(Astronomy & Astrophysics, 2021; doi : 10.1051 / 0004-6361 / 202039767)

출처 : Universität Bern, European Space Agency (ESA), European Southern Observatory (ESO)

[더사이언스플러스=문광주 기자] "no science, no future"

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