40억 년 전 원시 우주 화석 발견 “HD110067”

40억 년 전 원시 우주 화석 발견 “HD110067” 

 

 

  원시 시대 생태계의 상황을 알 수 있도록 해주는 화석을 우리는 잘 알고 있다. 보통 화석은 돌 속에 갇혀있다 우연한 기회에 발견되어 우리에게 수억 년 전 지구의 모습을 알려준다. 그런데 우주에도 화석이 있다. 최근 40억 년 전 원시 우주의 모습을 알려주는 화석이 발견되어 천문학계를 놀라게 했다.

 

  우주의 화석 “HD110067”에 대해 알아보자.

 

 

 

1. 40억 년 전 원시 우주의 화석 “HD110067”

  천문학자들이 말하는 원시 우주의 화석은 우리가 알고 있는 지구의 화석과는 다르다. 우주의 화석은 어떤 우주 생물의 흔적이 찍혀있는 화석이 아니라 우주의 별들이 만들어지고 별들이 서로의 중력에 의해 공전 궤도를 만들게 되는데, 이 공전 궤도가 변하지 않고 만들어졌을 때 그 모습 그대로 유지되고 있는 행성계를 말하는 것이다.

 

  2개 이상의 천체가 중력 영향을 주고받으면서 궤도 주기가 일정한 행성계를 만든다. 하지만 이 일정한 궤도 주기의 대부분은 행성 간 충돌, 지나가는 별의 중력 영향 등으로 초기의 균형이 일그러져 버리고 만다. 그래서 궤도 주기가 일정한 행성계, 이른바 ‘궤도 공명’을 유지하는 행성계를 찾는 것은 하늘의 별따기만큼 어려운 일이다.

 

  그런데 최근 미국 시카고대가 중심으로 활동하는 국제연구진은 100광년 거리에 있는 별 ‘HD110067’을 돌고 있는 행성 6개 모두가 서로 일정한 공전주기 비율로 궤도를 돌고 있는 것을 발견했다.

 

  연구를 이끈 라파엘 루케 시카고대 박사는 “행성들은 최소한 40억 년 전 행성계가 형성됐을 당시의 궤도 배열을 그대로 유지하고 있는 것으로 보인다”며 “마치 우주의 화석을 보는 것과 같다”라고 말했다.

 

지구에서 100광년 거리의 별 HD110067과 6개 행성은 40억년 전 공전주기를 유지하고 있는 것으로 최근 알려졌다.  © CC BY-NC-SA 4.0, Thibaut Roger/NCCR PlanetS

 

  HD110067이 거느리는 6개 행성은 한치의 어긋남도 없이 완벽한 조화를 이루며 중심별을 공전하여 행성계가 처음 형성됐을 시기의 상황을 추적해 볼 수 있는 “1% 중의 1%”의 기회이기에 우주 화석이라 부른 것이다.

 

 

2. 생명체의 흔적이 있는지 귀추가 주목

  학자들이 발견한 6개 행성의 궤도공명은 두 그룹으로 나뉜다.

 

  가장 안쪽 행성이 중심별을 세 번 공전할 때 두 번째 행성은 2번 공전한다. 두 번째와 세 번째 행성, 세 번째와 네 번째 행성의 사이의 공전주기도 같은 비율이다. 가장 바깥쪽 2개의 행성은 공전주기 비율이 좀 다르다. 다섯 번째 행성이 4번 공전할 때 6번째 행성은 3번 공전한다.

 

  요약하면 안쪽 4개 행성은 순서대로 3:2, 3:2, 3:2 비율로, 바깥쪽 2개 행성은 4:3 비율로 궤도를 돈다. 이 경우 가장 바깥쪽 행성이 한 번 공전하는 동안 맨 안쪽 행성은 6번 공전하게 된다. 연구진이 확인한 6개 행성의 공전주기는 안쪽부터 9.1일, 13.7일, 20.5일, 30.8일, 41.1일, 54.7일이다.

 

 

 

  여기에서 주목을 끄는 것은 이 행성들이 모두 외계 생명체 발견 가능성이 가장 높은 것으로 알려져 있는 ‘미니-해왕성’이라는 점이다. 이 행성들은 지름이 지구보다는 크고 해왕성(지구 지름의 4배)보다는 작아 대략 지구의 2~3배로 크기로 우주에서 가장 흔하게 볼 수 있는 유형이다.

 

  미니-해왕성급 외계 행성의 대기에서 생명체 신호와 관련이 깊은 메탄, 이산화탄소 분자들이 존재한다는 사실이 학계에 발표되면서 미니-해왕성급 외계행성에 대한 관심이 더욱 높아진 상황이다. 그런 상황에서 40억 년 전 우주의 모습을 고스란히 간직하고 있는 행성들이 발견된 것은 우주 초기의 모습은 물론 생명의 기원에 대한 연구에도 의미심장한 단서를 제공해 줄 수 있다는 기대를 만든다.

 

 

*논문 정보

A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067. Nature 623, 932–937 (2023).