(This GIF shows the synchronized orbit of the Kepler-80 system. Credit: Florida Institute of Technology)
우주에는 태양계 같은 행성계가 무수히 존재합니다. 우리 은하에 존재하는 천억개 이상의 별 가운데 대다수가 행성을 거느리고 있는 것으로 추정됩니다. 하지만 이것이 태양계와 비슷한 행성계만 존재한다는 의미는 아닙니다. 사실 태양계는 우주에 존재하는 다양한 행성계 가운데 하나일 뿐입니다. 내행성과 외행성으로 이뤄진 태양계도 있지만, 매우 독특한 구성을 지닌 행성계도 존재합니다.
지구에서 1,100광년 떨어진 케플러 80 (Kepler-80) 행성계 역시 독특한 구성을 지닌 행성계입니다. 이 행성계는 마치 목성의 이오, 유로파, 가니메데처럼 매우 근접한 궤도에서 공전을 하고 있습니다. 그것도 총 5개나 되는 행성이 모항성 바로 옆에 붙어서 공전하는 셈이죠. 그 공전궤도는 모두 지구-태양 거리의 150분의 1에 지나지 않습니다. 공전 주기 역시 하루, 3일, 4일, 7일, 9일입니다.
이렇게 가까이서 공전하기 때문에 각 행성들은 서로의 중력과 모항성에 중력에 의해 고정되어 이오, 유로파, 가니메데가 4:2:1의 주기로 궤도 공명을 하는 것처럼 주기가 고정되어 있습니다. 다만 목성의 위성처럼 단순하지는 않고 27일을 주기로 한 번을 일주하는 궤도 주기를 가진 매우 독특한 구성입니다. (위의 사진)
이런 이유 때문에 2012년에 발견되었음에 불구하고 이 행성계의 공전 주기 및 숫자를 구하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 변화의 크기가 0.001%에 불과할 만큼 작은데다 변화가 복잡하기 때문입니다. 그런데 연구를 이끈 플로리다 공대의 마리아 맥도널드 (Mariah MacDonald) 교수와 그녀의 연구팀은 공전 주기 이외에도 이 행성들이 독특한 특징을 가졌다는 것을 발견했습니다.
케플러 80의 5 행성 가운데 가장 안쪽 행성을 제외한 4개는 모두 지구 질량의 4-6배 정도 되는 슈퍼 지구급 행성입니다. 그런데 문제는 가장 밖을 공전하는 2개의 행성이 2배 정도 더 크다는 것입니다. 질량은 비슷한데 부피가 크다면 이는 가스 처럼 가벼운 물질을 많이 가지고 있다는 의미입니다. 아니면 암석 행성인데 꽤 부풀어오른 대기를 지닐 수도 있습니다.
물론 왜 이런 독특한 구성을 가지고 있는지는 아직 미스터리입니다. 다만 역시 우주에 있는 행성계 가운데는 우리의 고정 관념에서 벗어나는 독특한 것들이 많은 것 같습니다.
우리 은하에만 수천억개가 넘는 행성들이 존재할 것입니다. 우리가 지금까지 밝혀낸 것은 그중 수천개에 지나지 않습니다. 그런만큼 아직 우리는 대부분의 외계 행성에 대해서 모르고 있습니다. 생명체가 존재하는 행성을 포함해서 앞으로 우리가 밝혀내야할 외계 행성의 신비는 지금도 대부분 남아았습니다.
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