우주 이야기 1525 - 뜨거운 목성이 생성되는 원리

(Credit: Michael S. Helfenbein with AI-generated images)

예일 대학의 천문학자들이 두 개의 뜨거운 목성이 형성되는 기전을 밝혀냈습니다. 뜨거운 목성형 외계행성은 목성 같은 거대한 가스 행성이 수성보다 훨씬 안쪽 궤도를 공전하는 형태의 외계행성으로 과학자들이 처음 포착했던 외계행성들입니다. 이들이 모항성에서 가깝고 질량이 커서 관측이 쉬웠기 때문입니다.

뜨거운 목성형 행성의 존재가 알려진 후 과학자들은 어떻게 이런 행성이 생성될 수 있는지를 두고 연구를 계속해왔습니다. 별에 가까운 위치에서는 강한 항성풍과 에너지로 인해 가스와 먼지가 뭉칠 수 없기 때문에 뜨거운 목성형 행성들은 분명히 먼 궤도에서 생성된 후 안쪽으로 이동한 것입니다.

이렇게 이동할 수 있는 것은 다른 천체의 중력 간섭이 그 원인으로 생각되고 있습니다. 무거운 가스 행성을 이동시킬 수 있는 다른 천체는 거대 가스 행성이나 별일 수밖에 없습니다.

예일 대학의 말레나 라이스 (Malena Rice)와 동료들은 쌍성계에서 동반성의 중력에 의해 뜨거운 목성이 생성되는 기전을 폰 지펠-리도프-코자이 이동 (von Zeipel-Lidov-Kozai (ZLK) migration) 이론을 통해 분석했습니다.

연구팀에 따르면 두 개의 쌍성계가 서로 적당한 거리를 공전하면서 두 개의 외계행성이 역시 적당한 거리에 있을 때 중력 간섭에 의해 궤도가 조금씩 이동하는 ZLK 이동이 일어날 수 있습니다. 두 개의 행성이 수십 억년에 걸쳐 쌍성계에서 각각 뜨거운 목성형 행성으로 진화할 수 있는 것입니다.

물론 뜨거운 목성형 행성의 생성 기전은 하나가 아닐 수 있습니다. 다른 행성이 튕겨져 나갈 정도의 중력 간섭에 의한 것도 분명 있을 것입니다. 두 기전 중 어느 것이 더 흔한지를 알기 위해서는 쌍성계 주변 뜨거운 목성 한쌍이 얼마나 흔한지를 조사해봐야 할 것 같습니다. 다만 뜨거운 목성이라고 해서 반드시 모두 검출이 쉬운 건 아니기 때문에 앞으로 많은 연구가 필요합니다.

참고

https://phys.org/news/2025-06-dose-hot-jupiters.html

Yurou Liu et al, The Formation of Double Hot Jupiter Systems through von Zeipel–Lidov–Kozai Migration, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/add405

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