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2018년 4월 18일 수요일

우주 이야기 771 - 단주기 쌍성계 주변에는 행성이 안정적으로 존재하기 힘들다?



(This artist’s concept illustrates Kepler-16b, the first planet known to orbit two stars – what’s called a circumbinary planet. The planet, which can be seen in the foreground, was discovered by NASA’s Kepler mission. New research from the University of Washington indicates that certain shot-period binary star systems eject circumbinary planets as a consequence of the host stars’ evolution. Credit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)


 천문학자들은 쌍성계 주변에서 여러 외계 행성을 찾아 냈습니다. 초기에는 두 개 이상의 별 주위를 공전하는 행성의 경우 별의 상호 중력 작용으로 인해 궤도가 안정적이지 않을 것으로 생각했지만 실제로는 안정적인 궤도에 있는 외계 행성이 많았던 것입니다. 우주에는 쌍성계가 흔하기 때문에 이는 중요한 발견이었습니다. 


 그런데 쌍성계라고 해서 모두 같은 조건은 아닙니다. 워싱턴 대학의 데이빗 플레밍(David Fleming)이 이끄는 연구팀은 Astrophysical Journal에 발표한 논문에서 10일 이하의 공전 주기를 지닌 단주기 쌍성계(short period binary)의 경우 별의 조석력으로 인해 시간이 지나면서 불안정 궤도가 확대되어 결국 행성을 밖으로 튕겨 낸다는 가설을 제시했습니다. 


 지구와 달처럼 매우 가까운 거리에서 공전하는 시스템은 서로 간에 조석력이 크게 작용해 같은 면만 바라보는 조석 고정이 일어납니다. 더 나아가 조석 마찰에 의해 에너지를 잃으면서 점점 거리가 멀어지게 됩니다. 연구팀은 시뮬레이션을 통해 단주기 쌍성계에서도 같은 일이 일어난다는 점을 확인했습니다. 


 결국 두 별이 점점 멀어지면서 주변 행성에 미치는 중력도 달라지는 것입니다. 이에 따라 행성의 궤도 역시 멀어질 뿐 아니라 불안정해져 결국 행성계에서 이탈하게 될 것입니다. 연구팀은 이를 Stellar Tidal Evolution Ejection of Planets(STEEP) 과정이라고 명명했습니다. 이 주장이 맞다면 쌍성계 주변 행성(circumbinary planet)은 공전 주기 10일 이상인 쌍성계 주변에 주로 존재할 것입니다. 


 현재까지 발견된 가장 짧은 공전 주기 쌍성계 행성은 케플러 47로 7.45일 주기입니다. 연구팀은 이보다 긴 주기 쌍성계에서 외계 행성을 찾을 것을 권장했습니다. 물론 과학적 가설은 항상 검증을 통해 정설로 받아들여지게 됩니다. 앞으로 관측 결과가 이 가설을 지지할지 결과가 궁금하네요. 


 참고 


More information: On The Lack of Circumbinary Planets Orbiting Isolated Binary Stars, arXiv:1804.03676 [astro-ph.SR] arxiv.org/abs/1804.03676


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