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2014년 2월 2일 일요일

우주 이야기 212 - 127 억살 먹은 행성 PSR B1620-26 b



 흔히 므두셀라 (
Methuselah) 행성이라고 불리는 PSR B1620-26 b 가장 독특한 외계 행성 가운데 하나로 손꼽히고 있습니다. 일단 이 행성은 무려 12400 광년이라는 엄청나게 먼 거리에서 발견되었는데 이것보다 더 특이한 점은 그 추정 나이가 127 억년으로 거의 우주 탄생 초기에 발생한 행성이라는 점입니다. 


 (주 : 혹시 이전 포스트를 기억하시는 분은 우주에서 가장 나이가 많은 별 HD 140283 을 둘러싼 논쟁을 기억하실지도 모릅니다. 이 별 역시 성경에 나오는 인물가운데 가장 오래 살았던 사람의 이름을 따서 므두셀라 별이라고 불리는데 행성이 아니라 별이라는 차이가 있습니다.  http://jjy0501.blogspot.kr/2013/03/145.html 참조)   


 이런 점도 특별하지만 독특한 것은 나이와 거리만이 아닙니다. PSR B1620-26 b 는 두개의 별 주변을 도는 circumbinary 행성이기도 한데 더 특이한 점은 두 별 가운데 하나는 펄서이고 다른 하나는 백색 왜성이라는 사실입니다. 사실 모성 자체가 살아있는 별이 아니기 때문에 일부에서는 이를 삼성계 시스템의 일부로 봐서 PSR B1620-26 c 라고 주장하기도 하지만 사실 공식적으로 널리 불리는 명칭은 PSR B1620-26 b 입니다.



(PSR B1620-26 b 에서 바라몬 모성 PSR B1620-26 A (펄서) 와 동반성인 백색 왜성 WD B1620-26 혹은 PSR B1620-26 B 의 상상도. Illustration Credit: NASA and G. Bacon (STScI)  )


 PSR B1620-26 는 M4 혹은 NGC 6121 라고 불리는 구상 성단의 일원으로 초당 100 회 정도 자전하는 펄서입니다. 다시 말해 중성자성이라는 이야기인데 중성자별 + 백색왜성 + 목성형 외계 행성으로 구성된 기묘한 시스템이 도대체 어떻게 형성되었는지 알기 위해 천문학자들은 복잡한 가설들을 동원할 수 밖에 없었습니다. 


 일단 중성자별이 형성되는 환경을 생각해 보면 태양질량의 8 - 25 배 정도 되는 별이 마지막 단계에서 Type II 초신성 폭발을 일으킨 후 남은 물질이 중성자 별을 형성하는 것으로 생각되고 있습니다. 따라서 이런 환경에서 행성이 살아남는다는 것은 사실 생각하기 힘든 일입니다. 그럼에도 극도로 드문 일이긴 하지만 중성자별 주위의 행성들이 발견되고 있습니다. 여기에는 몇가지 가설이 존재합니다. 그 가설 중 하나는 다른 별 주변을 도는 행성을 납치하는 것입니다.  


 일부 과학자들은 중성자별 + 백색왜성 + 목성형 행성 (PSR B1620-26 b 는 대략 목성 질량의 2.5 ± 1 배 정도 되는 것으로 보임. 평균 공전 궤도는 23 AU 정도이며 공전 주기는 100 년 정도) 의 독특한 시스템을 완성시키기 위해 매우 드물지만 독특한 일련의 이벤트들이 일어났다고 가정하고 있습니다. 일단 태양과 비슷한 별 주변에서 목성형 행성이 형성됩니다. 그후 이 별은 별들이 빽빽하게 들어선 구상 성단 내부를 여행하다가 재수 없게도 중성자별 + 그 동반성과 마주치게 됩니다.


 이 중성자별 + 동반성은 본래 있던 별을 시스템에서 밀어내고 자신이 이 시스템 안쪽으로 들어가는데, (이 때 밀려난 쪽은 동반성 쪽이고 본래 있던 시스템에 중성자 별이 들어와 쌍성계를 이룰 수도 있음) 결국 오랜 세월이 흐른 후 중성자별의 동반성이 백색 왜성이 되고 이들은 시스템의 가운데서 빠른 속도로 서로 공전하기에 이릅니다. 그리고 그 주변을 목성형 행성이 공전하게 되는 것입니다. (아래 그림 참조) 



PSR B1620-26 시스템의 형성 메카니즘  Credit : NASA/A. Field (STScl) )


 우리 속담에 오래 살다 보니 별일 다 본다는 이야기가 있는데 확실히 이 외계 행성은 살다살다 별 희안한 일도 다 겪은 셈입니다. 만약 우리 태양 주변에 중성자별과 동반성이 처들어와 태양을 교체해 버린다면 우리가 느끼게 될 황당함은 이루 말할 수 없겠죠. (물론 이 경우에는 지구가 궤도가 크게 바뀌거나 튕겨나갈 가능성이 있기 때문에 황당함만이 문제는 아니겠지만 말이죠. 위의 므두셀라 행성은 그래도 모항성에서 좀 멀리 떨어져 있지만 지구는 태양에서 매우 가까운 위치에 있어 이런 변화에 쉽게 휩쓸릴 가능성이 높음) 


 하지만 과학자들은 이 별이 더 황당한 일도 겪을 수 있다고 생각하고 있습니다. 구상성단 내를 이동 중인 모성 덕분에 10 억년 이내에 이 시스템은 또 다시 다른 별과 아주 인접하게 될 것입니다. 이 경우 가장 일어날 가능성이 높은 일은 세개의 동반성 가운데 가장 가벼운 PSR B1620-26 b 이 튕겨나가면서 나머지 별이 안정적인 쌍성계 시스템을 구성하는 것입니다. 따라서 PSR B1620-26 b 는 미래에 떠돌이 행성 (Rogue planet 혹은 Intersteller planet) 이 될 가능성이 높다고 생각되고 있습니다.


 위와 같은 시나리오가 가능한 이유는 별들이 빽빽하게 모인 구상성단에 속해 있으면서 오래 살았기 때문일 것입니다. 그렇다면 문득 드는 생각은 이 구상성단 내에는 100 억 년 이상 나이를 먹은 별의별 사연을 가진 외계 행성들이 존재하는 것은 아닌지 하는 것입니다. 사람도 오래 살면 이런 저런 일을 겪을 수 있듯이 행성들 역시 마찬가지가 아닐 까요. 


 참고 

  


  



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