우주 이야기 32 - 태양계의 이웃을 찾아서 14

 25. HD 69830

 HD 69830. 무슨 별인지 전혀 감이 안잡히게 생긴 이름을 가지고 있는 이 별은 의외로 지구에서 아주 멀리 떨어진 별이 아니라 약 41광년 거리에 존재하는 오랜지색 왜성이다. 고물자리 (Puppis) 에 위치하는 이 항성은 겉보기 등급 5.95, 절대 등급 5.85 정도의 별로 지구에서는 사실 육안으로 간신히 보일 정도의 별이라고 할 수 있다.

 이 오랜지색 왜성은 태양 질량의 86%, 태양 지름의 89%, 태양 밝기의 45% 정도인 별로 분광형은 K0V 이다. 표면 온도는 5385 ± 20 이며, 자전 주기는 21.5 일로 태양 보다 약간 작지만 실상 여러 모로 비슷한 정도의 별이라고 할 수 있다. 나이는 정확지히 않지만 적어도 40억년에서 100억년 사이로 젊은 별이 아닌 것은 확실하다. (최근 연구에서는 약 70억년 정도라는 데이터가 나왔다)

 사실 이 흔해 보이는 오랜지색 왜성이 주목을 끈 것은 2005년 스피처 우주 망원경의 관측 결과 거대한 소행성대가 발견되었고, 이후 유럽 남방 천문대 (ESO) 의 관측 결과 발견된 3개의 행성이 있기 때문이다. 행성이 있는 별이야 요즘은 흔하다는 것이 알려져 있긴 하지만 이 별에는 뭔가 특별한 것이 하나 더 있다. 바로 거대 소행성대이다.

 일단은 이 HD 69830 의 행성들 먼저 이야기 해보자. 이 세개의 행성은 적어도 지구 질량의 10 - 18배 이상의 크기로 모두 천왕성과 해왕성과 비슷한 질량을 가진 행성이라고 생각된다.

 가장 안쪽을 도는 HD 69830 b 의 경우 거의 모항성 바로 옆이라고 할 수 있는 0.0785AU (약 1170만 km) 을 돌고 있다. 그래서 공전 주기도 8.7일 정도에 불과하다. 그 질량은 지구의 10배 이상으로 생각되는데, 한가지 재미있는 것은 이 별이 가스 행성이 아니라 지구 같은 암석 행성이라고 추정된다는 점이다.

 물론 이는 정확하지 않은 추정이긴 하지만 만약 맞다면 슈퍼 지구라 불러야 할 별일 것이다. 여기에다 모성에 너무 가까이 있어 마치 목성 옆에 있는 이오처럼 조석 작용이 매우 크게 작용할 가능성이 높다. 과학자들의 추정에 따르면 이 만약 암석형 행성인 경우 HD 69830 b 가 받는 조석력은 이오의 20배에 달한다.

 그렇다면 사실 슈퍼 지구가 아니라 슈퍼 이오라 불러야 할 것이다. 그리고 화산 활동도 엄청날 가능성이 있다고 하겠다. 여기에 모성과의 위치를 감안 할 때 수성 보다 더 뜨거울 것임으로 거의 화염 지옥의 행성이라 불러야 하지 않을까? 물론 좀 더 자세한 관측이 뒤따라야 하겠지만 실제 탐사선을 파견한다면 거대한 장관을 포착할 지도 모른다.

(HD 69830 에 대한 컨셉 아트. 과연 작열하는 태양과 수많은 화산이 불을 뿜는 화염 지옥의 행성일까 ?  CCL 에 따라 동일 조건하 복사 허용, 저자 표시   저자 Ignacio González Tapia )

 한편 0.186AU 위치에서 돌고 있는 HD 69830 c 역시 HD 68930 b 와 비슷한 크기를 가진 행성으로 그 공전주기는 약 32일 정도이다. 대략 이들의 공전 궤도는 1:2 의 비율을 가지고 있는 것으로 보인다. 이 HD 69830 c 역시 암석 행성이 아닐까 하는 추정이 있다.

 발견된 마지막 행성인 HD 69830 d 는 0.63AU 의 공전 궤도를 가진 행성으로 공전 주기는 197일 이며, 대략 해왕성과 비슷한 질량인 지구 질량의 약 18배 질량을 가진 행성으로 생각된다. 이 행성은 모항성과의 위치상 생명체가 살 수 있는 환경 (액체 상태의 물이 있을 가능성이 있는 정도) 의 궤도에 존재한다.

 그러나 이 별의 질량으로 보건데 아마 가스 행성일 가능성이 높아 이 행성 자체에는 생명체가 존재하기 어려우며, 대신 거대 위성이 있을 경우는 다소 가능성이 있어 보인다. 이 항성의 나이가 태양 보다 좀 더 길어 보이기 때문에 장소만 있다면 진화에 필요한 시간은 충분할 것이다.

 이제 이 항성의 거대 소행성대에 대해 말해보자. 대략 태양 지구 간의 거리인 1AU 정도에 거리에 몰려있다고 생각되는 이 거대 소행성대는 태양계와 비교해서 약 20배 정도의 질량을 자랑한다. 이 소행성대를 구성하는 천체들은 지구의 소행성대에서 볼 수 있는 P 형 소행성 (탄소 및 규소의 함량이 높은 천체) 나 D형 소행성 (탄소 규소 함량이 높아도 안쪽은 얼음으로 구성됨) 과 비슷한 천체로 크기가 30km 이하인 것으로 보인다. 여기에 무수히 많은 작은 얼음 천체들도 있는 것 같다. 참고로 이 소행성대와 행성 HD 69830 d 는 2:1 / 5:2 궤도 공조를 하는 것으로 보인다.

 이 거대 소행성대는 어쩌면 행성이 생기려다 말았던가 아니면 서로 충돌해서 생겼을 수 있겠지만 재미있는 것은 그 크기와 거리의 차이로 인해 지구의 소행성대에 비해 무려 1000배나 밝게 빛난다는 것이다. 따라서 인근 천체에서 보면 이 소행성대는 은하수 보다도 훨씬 밝게 빛난다.

(지구에서 본 소행성대는 은하수 보다 훨씬 어둡지만 HD 69830 에 있는 천체에서 보면 소행성대가 훨씬 밝게 보이면서 교차된다.  This file is in the public domain because it was created by NASA )

 어쩌면 은하수가 2개 있는 셈인 것이다. 아마 인근의 HD 69830 d 에 있는 가상의 위성에서 밤하늘을 보면 매우 아름다울 지도 모르겠다. 낭만적으로 생각하면 그렇지만 현실적으로 생각해보면 대신 운석으로 인한 피해는 더 크지 않을까 ? 필자 생각으론 유성우는 더 흔하게 보겠지만 거대 운석 충돌도 더 흔할 것 같다. 뭐 필자가 살아 있는 동안 이 별에 가볼일은 없겠지만 말이다.

 아무튼 우주는 우리가 생각하는 것 이상으로 놀랍다고 할 까? 아마 우주 관광이 가능하다면 이 HD 69830 은 재미 있는 볼거리가 꽤 있을 것 같다.

26. 카펠라 (Capella)

 카펠라는 마차부자리 알파별 (α Aurigae / α Aur / Alpha Aurigae / Alpha Aur) 로 마차부자리에서 가장 밝은 별이며 밤하늘에서 6번째로 밝은 별이다. 겉보기 등급 0.08 로 매우 잘보이기 때문에 친숙한 이 별은 역시 여러 문화권에서 많은 신화를 가지고 있는 별이다. 카펠라라는 어원은 영어로는 새끼 암염소를 의미하며 라틴어의 capra (암염소) 라는 단어에서 유래되었다고 한다. 마차부자리 전체로 보면 마차를 끄는 염소의 위치라고 할 수 있다.

 사실 이 별은 엄밀히 말하면 사성계로 아주 밝은 두개의 쌍성과 잘 보이지 않는 적색 왜성 2개가 그 주변을 돌고 있다. 또 이 별이 밝기 때문에 주변의 어두운 별들도 뭉쳐서 하나의 별처럼 보이는 현상이 일어난다. 카펠라는 42.2 광년 (12.9 파섹) 떨어진 별로 알파 센타우리와 밝기가 비슷하지만 거리는 10배인 점을 감안하면 실제로는 알파 센타우리와 비교해 70배는 밝은 별이다.

 일단 밝은 두개의 쌍성에 대해서 알아보자. 주성 카펠라 Aa (Capella Aa)는 태양 질량의 2.7배, 태양 지름의 12배, 태양 밝기에 78.5 배에 달하는 별이다. 분광형은 G8III 이고, 표면 온도는 4940 ± 50K , 자전 주기는 106일 이다. 동반성 카펠라 Ab (Capella Ab) 는 태양 질량의 2.56 배, 태양 지름의 9.2배, 태양 밝기의 77.6배에 달하는 별이다. 분광형은 G1III 이고 표면 온도는  5700 ± 100K , 자전 주기는 8.64일 이다.

 사실 두개의 별이 자전 주기만 빼고 거의 비슷한 별인 셈이다. 그리고 이 둘은 지구 태양 거리보다 가까운 1억 km 정도의 거리를 두고 질량 중심을 공전하는데, 워낙 밝은 별 2개가 가까이 있으니 눈이 아무리 좋아도 육안으로는 1개의 별로 보인다. (만약 2개로 보이면 안과에 가보길 추천한다) 공전 주기는 약 104일 이다.

 이 두개의 별의 나이는 약 5억 2천만년 정도 되는 것으로 보이는데, 사실 질량을 감안하면 이제 주계열성 단계를 지나 적색 거성 단계로 거치는 중인 별들이다. 과거에는 시리우스나 베가, 포말하우트 등과 비슷한 상태였던 별이지만 곧 거대해진 다음 수명을 마칠 예정인 셈이다.

 한편 1914년에는 무려 1만 AU ( 1.5조 km) 거리에서 이 쌍성의 주위를 도는 적색 왜성으로 이루어진 쌍성계가 발견되었다. 이들은 각각 태양 질량의 53% 와 19% 인 적색 왜성으로 388년을 주기로 모성 주변을 공전한다. 명칭은 Capella H/L 혹은 Capella H a/b 로 불린다. 한마디로 쌍성계 주변을 쌍성들이 공전하는 셈이다.

(태양 (SOL)  과 카펠라의 4개 항성과의 크기 비교   이 파일은 저자에 의해 public domain 으로 공개됨)

출처 : Wiki/NASA