우주 이야기 1106 - 반대 방향으로 역주행 하는 행성을 거느린 별

(Backwards planets in double star system. Credit: Christoffer Grønne)

(A protoplanetary disc has been twisted almost 180° before planet formation. Credit: Christoffer Grønne)

태양계의 위성들은 대부분 행성의 공전 방향과 같은 방향으로 공전합니다. 물론 행성 역시 태양의 공전 방향과 같은 방향으로 공전합니다. 같은 방향으로 회전하는 디스크에서 생성되었기 때문입니다. 하지만 위성 가운데는 간혹 예외의 경우도 볼 수 있습니다. 지나가던 소행성이 우연히 중력에 의해 포획되면서 반대 방향으로 공전하는 위성이 될 수 있기 때문입니다. 태양계에는 없지만, 외계 행성 가운데는 이렇게 역주행 하는 경우도 있습니다.

덴마크 오르후스 대학의 항성 천체물리학 센터의 과학자들 (Maria Hjorth and Simon Albrecht from the Stellar Astrophysics Centre, Aarhus University)이 이끄는 국제 연구팀은 K2 290 시스템을 연구했습니다. 이 별은 대략 900광년 떨어진 쌍성계로 2019년 더 큰 동반성인 K2 290A에서 외계 행성이 발견되었습니다. 두 외계 행성은 해왕성급, 목성급 질량을 지녔으며 0.3AU 이내 궤도에서 K2 290A 주위를 공전하고 있습니다.

연구팀은 이 행성들의 공전 궤도가 거의 역방향에 가까운 124도 기울어져 있다는 사실을 발견했습니다. 180도 반대는 아니지만, 멀리서 보면 사실상 반대 방향으로 공전하는 셈입니다. 참고로 태양계의 경우 기울어진 정도는 6도 이내로 사실상 태양의 적도와 거의 비슷한 평면에서 행성들이 공전하고 있습니다.

K2 290의 이상한 궤도는 우연히 지나가던 행성을 포획한 결과가 아니라 1광년 이내에 있는 동반성의 중력에 의한 것으로 해석됩니다. 이렇게 가까운 궤도에서 두 행성이 동시에 큰 각도로 기울어진 것은 그렇게 밖에 해석할 수 없기 때문입니다. 만약 포획된 경우라면 두 행성이 서로 반대 방향으로 공전하든지 아니면 각도가 서로 다를 텐데 그렇지 않았습니다. 연구팀은 현재 공전 궤도가 이미 원시 행성계 원반 단계에서 만들어졌을 것으로 보고 있습니다.

사실 이런 형태의 역주행 행성계가 존재할 것이라는 이론은 이전부터 있었습니다. 우주에는 쌍성계가 흔하기 때문입니다. 쌍성계가 적당한 거리에서 공전할 경우 서로의 행성에 대해서 중력 간섭을 할 가능성이 높습니다. 다만 관측 기술의 한계로 공전 궤도면을 확인하기 힘들어 이제까지 보고가 잘 안되었을 뿐입니다. 앞으로 독특한 공전 궤도를 지닌 외계 행성들이 더 많이 발견될 것으로 예상됩니다.

참고

https://phys.org/news/2021-02-backward-spinning-star-coplanar-orbiting-planets.html

https://www.newscientist.com/article/2267834-we-have-spotted-two-planets-orbiting-a-backwards-spinning-star/

Maria Hjorth el al., "A backward-spinning star with two coplanar planets," PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2017418118

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