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우주 이야기 1686 - 태양이 죽고 나면 가스 행성들의 운명은?


 (Examples of post-mass-loss orbital architectures. Orbit plots of representative end states (rows: increasing Mej; top-left: the adiabatic control), each annotated with its subsequent fate from 3 Gyr integrations; instability times are measured from white dwarf formation, so t = 0 marks the end of mass loss. Visually pristine systems can carry Gyr-delayed instabilities; at fiducial Mej, crossing and swapped configurations exist already at the moment of white dwarf formation. Credit: The Astrophysical Journal Letters (2026). DOI: 10.3847/2041-8213/aea290)

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태양은 50억 년 후에는 주계열성 단계를 벗어나 적색거성이 된 후 행성상 성운을 거쳐 백색왜성으로 생을 마감합니다. 이때 지구의 운명이 어찌될지는 불분명합니다. 아마도 수성과 금성은 적색거성 단계에 태양에 흡수되고 지구는 생존 가능성이 반반으로 여겨지고 있습니다. 앞서 영상에서 잠시 소개한 바 있습니다.

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하지만 태양이 질량을 잃고 죽어갈 때에도 멀리 떨어진 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 상대적으로 안전할 여겨져 왔습니다. 단지 백색왜성 단계에서는 질량이 크게 줄어들기 때문에 중력이 약해져 더 먼 거리로 이동할 가능성은 있습니다. 그러다 오랜 세월이 지난 후 우연히 근처를 지나가는 별의 중력에 의해 궤도가 변경되어 교란될 가능성이 있습니다. 그렇게 해서 태양계 외행성계가 해체되는 되는 데는 10의 18승(10¹⁸), 즉 '1백경(100,000,000,000,000,000,000, Quintillion)'의 시간이 걸릴 것으로 예상했습니다.

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하지만 캘리포니아 공과대학의 이론 천체물리학자 콘스탄틴 바티긴과 짐 풀러, 그리고 미시간 대학교의 프레드 애덤스(theoretical astrophysicists Konstantin Batygin and Jim Fuller at the California Institute of Technology and Fred Adams of the University of Michigan)가 최근 수행한 모델링 연구는 죽어가는 태양이 외행성계를 더 빨리 교란시킬 수 있다는 점을 보여주고 있습니다.

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사실 태양의 죽음은 조용한 죽음이 아니라 주변으로 막대한 물질을 방출하는 격렬한 과정일 수 있스빈다. 연구팀은 태양 진화에 대한 상세한 모델과 태양이 항성 물질을 조각조각 방출할 때 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 궤도 변화를 추적하는 컴퓨터 프로그램을 결합해 가능한 시나리오들을 분석했습니다.

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연구팀은 폭발 규모를 시뮬레이션 전반에 걸쳐 다양하게 설정하여 672개의 폭발 시나리오를 테스트했습니다. 또한 질량 손실이 태양이 거성으로 진화하는 전 과정에 걸쳐 발생하는지, 아니면 후기 단계에서만 발생하는지 조사했습니다. 그리고 결과를 비교하기 위해 태양이 질량을 서서히 방출하는 시나리오도 모델링했습니다. 마지막으로 행성계가 안정적인 상태를 유지할 수 있는지 확인하기 위해 30억 년 동안 행성계를 추적했습니다.

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하지만 대규모 폭발을 가정한 대다수의 시뮬레이션 결과는 암울했습니다. 태양이 백색왜성이 된 후 30억 년 이내에 행성계 시나리오에서 96%가 불안정한 것으로 나타났습니다. 그리고 약 40%는 태양이 질량 방출을 완료하기 전에도 더 일찍 붕괴되거나 격렬한 산란을 겪었습니다. 일부 시뮬레이션에서는 행성들이 태양계 밖으로 튕겨 나갔고, 다른 시뮬레이션에서는 천왕성과 해왕성이 궤도를 서로 바꾸었습니다.

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반면 태양 질량 손실이 비교적 완만하게 일어나는 경우 일부에서는 30억 년 동안 궤도가 안정적으로 유지되었습니다. 따라서 태양계가 얼마나 빨리 해체될지는 먼 미래 우연히 지나치게 될 다른 별이 아니라 태양이 어떻게 죽어갈지에 달렸다고 할 수 있습니다.

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먼 미래의 일이지만, 지금 우주 어딘가에서는 태양 같은 별이 죽음을 맞이하면서 실제로 이런 과정이 일어나고 있을 것입니다. 여기서 태양계의 미래에 대한 단서를 찾을 수 있지 않을까 생각해 봅니다.

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참고

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Konstantin Batygin et al., Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss, The Astrophysical Journal Letters (2026). DOI: 10.3847/2041-8213/aea290

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Journal information: Astrophysical Journal Letters

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https://phys.org/news/2026-10-dying-sun-solar-sooner-thought.html

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