우주 이야기 1361 - 6개의 행성이 궤도 공명을 하는 행성계

(An artist's illustration of the six newly discovered planets circling their star in resonance. Image by Roger Thibaut (NCCR PlanetS). Credit: Roger Thibaut (NCCR PlanetS))

과학자들이 시계 톱니바퀴처럼 공전 궤도가 맞물려 돌아가는 행성계를 포착했습니다. 가까이에서 공전하는 행성이나 위성은 서로의 중력 간섭으로 공전 궤도가 정수비의 형태로 공조화 되는 궤도 공명 (orbit resonance) 현상이 일어납니다.

태양계에서 궤도 공명의 가장 대표적인 사례는 목성의 위성 이오, 유로파, 가니메데입니다. 이들은 4:2:1의 궤도 공명을 하고 있습니다. 따라서 가장 안쪽의 이오가 4번 공전할 때 유로파는 2번 공전하고 가니메데는 한 번 공전하게 됩니다.

그러나 이런 현상은 행성에서는 잘 관찰되지 않았습니다. 대개 행성은 궤도 공명이 일어날 만큼 가까운 위치에 여러 개 모여 있지 않기 때문일 것입니다.

하지만 지구에서 100광년 떨어진 HD110067의 경우 무려 6개의 행성이 옹기종기 모여 궤도 공명을 하고 있습니다. 이 행성계는 나사의 TESS에 의해 처음 포착되었고 이후 유럽 우주국의 CHaracterizing ExOPlanet Satellite (Cheops) 데이터와 다른 망원경의 관측 데이터를 종합해 정확한 공전 주기가 계산되었습니다.

HD110067 행성계는 가장 안쪽의 네 행성이 3/2 궤도 공명을 하고 있으며 나머지 두 행성은 4/3 궤도 공명을 하고 있습니다. 따라서 안쪽 행성이 3번 돌 때 밖 행성이 2번 돌거나 안쪽 행성이 4번 돌 때 밖 행성이 3번 도는 방식으로 서로 맞물려 돌아갑니다.

미니 해왕성급 천체들이 이렇게 가까운 궤도에서 서로 충돌하지 않고 공전하게 된 이유는 확실치 않지만, 아무튼 매우 드문 일이라는 점은 분명합니다. 과학자들은 이 행성계의 형성 과정과 보다 정확한 크기를 확인하기 위해 후속 연구를 진행하고 있습니다.

참고

https://phys.org/news/2023-11-scientists-rare-six-planet-strange-synchrony.html

Rafael Luque, A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06692-3. www.nature.com/articles/s41586-023-06692-3

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