태양계 이야기 223 - 태양계의 9 번째 행성은 없다 ?

오랜 세월 과학자들은 태양계의 9 번째 행성을 찾기 위해 노력해 왔습니다. 그 중에서 가장 결정적인 순간은 1930 년 클라이드 톰보 (Clyde Tombaugh)가 명왕성을 발견 했을 때로 이후 한동안 명왕성은 태양계의 9 번째 행성으로 불리게 됩니다. 하지만 관측이 진행되면서 명왕성은 카이퍼 벨트와 그 근방에 존재하는 대형 소행성의 하나라는 것이 확실해 졌고 결정적으로 명왕성 보다 더 큰 천체가 발견되므로써 행성으로써의 지위를 잃고 왜행성 (dwarf planet) 이라는 새로운 카테고리로 들어가게 됩니다.

1846 년 해왕성이 발견되었을 무렵 과학자들은 아마도 해왕성 궤도 밖에도 다른 행성이 있을 것이라고 생각하고 이를 행성 X (Planet X) 라고 불렀습니다. 이를 찾기 위한 노력은 현재도 계속 현재 진행형입니다. 최근에 가장 논란이 되었던 주장 가운데 하나는 바로 티케 (Tyche) 라는 행성이 카이퍼 벨트 너머 저 멀리 어딘가 있다는 주장이었습니다. ( http://blog.naver.com/jjy0501/100122248555 참조)

나사는 적외선 영역의 관측을 위해서 2009 년 WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) 를 발사해서 수많은 희미한 천체들을 찾아내는 데 성공했습니다. WISE 를 연구했던 과학자들은 이 데이터를 분석하면 오르트 구름에 숨어 있는 태양계의 미지의 행성 '행성 X' 를 찾아낼 가능성이 있다고 생각했습니다. 이 가상의 행성에 대해서 티케라는 명칭을 붙였는데 아직까지 그 존재는 확인되지 않고 있습니다. (WISE 에 대해서는 http://blog.naver.com/jjy0501/100122431095 참조)

그리고 마침내 WISE 데이터에 분석을 완료한 과학자들은 적어도 WISE 데이터에는 새로운 행성에 대한 근거는 없다고 결론을 내렸습니다. 그리고 WISE 데이터를 바탕으로 1만 AU (1 AU 는 지구 - 태양간 거리로 약 1.5 억 km) 이내에는 토성보다 더 큰 천체는 없으며, 26000 AU 이내에는 목성보다 더 큰 천체가 없을 것으로 결론을 내렸습니다. 물론 그보다 작은 천체가 어딘가 존재할 가능성은 배제할 순 없지만 목성보다 더 큰 천체가 수만 AU 사이에 존재할 가능성은 낮아졌습니다.

(WISE 의 데이터를 통해서 밝혀낼 수 있는 천체의 크기. 적어도 100 AU 도 안되는 위치에 목성만한 행성이 숨어 있을 가능성은 매우 낮아졌음 Data from NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer, or WISE, has found no evidence for a hypothesized body sometimes referred to as "Planet X." Credit: Penn State University)

이 결과에 의하면 결국 티케가 존재할 가능성은 다소 낮아진 상태입니다. 물론 수만 AU 거리에 오르트 구름 어딘가 해왕성급 천체가 존재할 가능성은 여전히 존재하지만 현재 관측 데이터로는 확신할 수 없는 일이라고 하겠습니다. 다만 그렇다고 해도 너무 실망할 필요는 없는 것이 WISE 관측을 통해서 상당히 많은 성과를 올렸기 때문입니다.

예를 들어 지구 근방의 갈색 왜성을 대거 발견한 것은 WISE 의 중요한 성과입니다. 갈색 왜성은 너무 어둡기 때문에 일반적인 가시광 영역에서는 잘 보이지 않지만 WISE 를 통해서는 훨씬 잘 찾아낼 수 있습니다. WISE 는 태양에서 500 광년 이내에 존재하는 어두운 별과 갈색 왜성 3525 개를 찾아내는 데 성공했습니다. 이를 통해서 천문학자들은 우주에 얼마나 많은 갈색 왜성이 많은지 추정할 수 있습니다. 그 결과에 따르면 생각보다 갈색 왜성의 수는 적은 것 같다고 하네요.

(동영상)

20 광년이내에서 WISE 가 찾아낸 갈색 왜성은 겨우 5 개에 불과합니다. 물론 이외에도 더 존재할 가능성이 있으나 생각보다는 저조한 숫자입니다. 다만 이중에는 지구에서 6.6 광년 밖에 떨어지지 않은 갈색 왜성 루만 16 (Luhman 16 - 이전 포스트 http://jjy0501.blogspot.kr/2014/02/first-brown-dwarf-mapping.html 참조) 의 발견을 포함 재미있는 관측 결과들이 포함되어 있습니다.

(루만 16 의 WISE 이미지 WISE J104915.57-531906 is at the center of the larger image, which was taken by the NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Credit : NASA/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF )

앞으로 이 결과에 대해서 천문학자들은 우리 주변에만 유독 갈색 왜성이 적은 것인지 아니면 우주 전체에 갈색 왜성이 생각보다 흔하지 않은 것인지를 밝혀야 할 것입니다. 물론 WISE 로는 관측할 수 없는 예상보다 더 어두운 갈색 왜성들이 존재하는 것은 아닌지에 대해서도 연구가 필요하겠죠.

이 외에도 WISE 는 무려 7억 5000 만개에 달하는 소행성, 별, 은하들에 대한 데이터를 수집했고 이 모든 데이터 (AllWISE 라고 부름) 은 2013 년 11월에 공개되었습니다. 향후 이 데이터를 분석하므로써 새로운 사실들이 대거 밝혀질 것으로 생각됩니다. 그러나 지금까지의 데이터 분석에 의하면 앞서 이야기 했듯이 행성 X 는 발견되지 않았습니다.

그렇다면 정녕 태양계는 행성이 모두 8 개인 것일까요. 사실 어떤 천체를 행성, 왜행성, 소행성으로 나누는 것 자체가 인간에 의한 임의적인 분류이긴 하지만 일반적으로 인정될 수 있는 기준으로 본다면 아직까지 8 개이고 앞으로 추가될 가능성은 낮아졌습니다. 다만 그럼에도 불구하고 해왕성급 전체가 오르트 구름 어딘가에 있을 가능성은 여전히 존재합니다. 물론 가능성일 뿐이지만 말이죠.

이번 데이터 분석 결과로 티케가 존재할 가능성은 낮아졌습니다. 티케가 실제로 있다면 목성급이 아니라 그보다 훨씬 작은 크기일 것입니다. 한가지 더 언급하면 가상의 태양의 동반성의 존재 역시 부인되었습니다. 즉 네메시스 (Nemesis) 도 없다는 것이죠. 네메시스가 적색 왜성이든 갈색 왜성이든 간에 태양계 근방에는 그런 비슷한 천체가 없다는 것 역시 확실해 졌습니다.

과학적 사실이 밝혀지는 순간이지만 개인적으로는 약간 아쉽다는 생각도 드네요.

참고

Journal References:

K. L. Luhman. A Search for a Distant Companion to the Sun with the Wide-field Infrared Survey Explorer. The Astrophysical Journal, 2014; 781 (1): 4 DOI:10.1088/0004-637X/781/1/4
J. Davy Kirkpatrick, Adam Schneider, Sergio Fajardo-Acosta, Christopher R. Gelino, Gregory N. Mace, Edward L. Wright, Sarah E. Logsdon, Ian S. McLean, Michael C. Cushing, Michael F. Skrutskie, Peter R. Eisenhardt, Daniel Stern, Mislav Baloković, Adam J. Burgasser, Jacqueline K. Faherty, George B. Lansbury, J. A. Rich, Nathalie Skrzypek, John W. Fowler, Roc M. Cutri, Frank J. Masci, Tim Conrow, Carl J. Grillmair, Howard L. McCallon, Charles A. Beichman, Kenneth A. Marsh. The AllWISE Motion Survey and The Quest for Cold Subdwarfs. The Astrophysical Journal, 2014; 783 (2): 122 DOI: 10.1088/0004-637X/783/2/122