April 22,2019

“제9행성 아닌 작은 천체 집단중력이 다른 궤도 만들어”

해왕성 밖 원반 컴퓨터 모델로 '제9행성 가설' 반박

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제9 행성 상상도  ⓒ Caltech/R.허트

제9 행성 상상도 ⓒ Caltech/R.허트

태양계 끝에 과연 지금까지 발견되지 않은 행성X 또는 제9 행성이 존재하는지를 둘러싼 논쟁이 뜨거워질 전망이다.

제9 행성 가설은 카이퍼 벨트의 작은 천체를 비롯한 해왕성 바깥의 천체(TNO) 대다수가 태양 주변을 원에 가깝게 같은 방향으로 돌고 있는 것과 달리 길쭉한 타원형 궤도로 도는 천체가 잇따라 발견되면서 힘을 얻었다.

이 천체들은 TNO의 일반적인 천체와 다르게 움직일 뿐만 아니라 같은 힘을 받는 것처럼 보였다. 지난해 태양에서 약 180억㎞ 떨어진 곳에서 발견된 왜행성급의 ‘파아웃(Farout·2018 VG18)’을 비롯해 2003년 이후 지금까지 약 30개가 발견됐다.

이 천체들의 ‘이상한’ 움직임을 설명하려면 중력작용을 하는 무언가가 존재해야 하며, 그것이 바로 아직 발견은 안 됐지만, 지구의 10배에 달하는 질량을 가진 제9 행성의 존재를 방증하는 것이라는 주장이 이 가설의 요체다.

카네기 과학연구소(CIS) 천문학자 스콧 셰퍼드 박사를 비롯한 제9 행성 주장론자들은 2016년 제 9행성 가설에 관한 첫 논문이 제출된 이후 큰 노력을 기울이고 있으나 방증만 쌓을뿐 결정적 증거는 찾지 못하고 있다.

이들은 태양계 끝의 어둠 속에서 대략적 위치도 모른 채 어두운 물체를 찾는 것은 쉬운 일이 아니라는 점을 강조하고 있다.

그러나 케임브리지대학 응용수학 및 이론물리학 박사 과정의 안트라니크 세필리언과 아메리칸대학의 지하드 두마 교수는 국제학술지 ‘천문학저널(Astronomical Journal)’ 최신호에서 제9 행성이 아니더라도 해왕성 밖에서 원반(disc)을 구성하는 작은 천체의 집단 중력으로 TNO 천체의 이심(離心)궤도 현상이 나타날 수 있다고 밝혔다.

태양계 끝에서 관측된 2019 VG18 상상도  ⓒ 로베르토 몰라 칸다노사/카네기 과학연구소

태양계 끝에서 관측된 2019 VG18 상상도 ⓒ 로베르토 몰라 칸다노사/카네기 과학연구소

세필리언 연구팀은 해왕성 밖의 작은 얼음 천체들로 구성된 원반과 태양계 외곽의 대형 행성 등이 TNO 천체에 미치는 공간역학을 반영한 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 만들어 시험했다.

원반의 질량과 이심률, 회전 방향 등 조건을 달리하며 시험한 결과 TNO 일반 천체와 다르게 움직이는 천체들의 이심 궤도를 똑같이 재현할 수 있었다고 한다.

세필리언은 보도자료를 통해 “컴퓨터 모델에서 제9 행성을 제거하고 광범위한 지역에 흩어져 있는 무수한 작은 천체가 집단적인 중력을 작용하도록 한 결과 일부 TNO 천체가 보인 이심궤도를 쉽게 재현할 수 있었다”고 밝혔다.

그는 “제9 행성 가설은 매력적이기는 하다”면서 “그러나 우리는 덜 극적이고, 더 자연스러운 다른 이유가 있는지 찾아보고 싶었다”고 설명했다.

집단 중력설은 이전에도 제기된 바 있으나 세필리언 연구팀처럼 태양계 천체까지 넣어 이를 설명한 것은 처음이다.

세필리언 컴퓨터 모델은 그러나 카이퍼 벨트의 전체 질량을 지구의 수배에서 최대 10배에 달하는 것으로 가정해 TNO 천체의 이심궤도를 재현했으나 실제 질량은 지구의 4~10%에 그치는 불일치를 설명해야 할 숙제를 안고 있다.

세필리언 연구원은 이와 관련, “내부에서는 별을 둘러싼 원반을 전체적으로 보는 것은 어렵다”면서 “카이퍼 벨트에 우리는 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 천체가 있을 수 있다”고 설명했다.

그는 “원반에 관한 직접적인 관측 증거가 없지만 제9 행성도 마찬가지”라면서 “대형 원반과 제9 행성이 같이 존재할 가능성도 있다”고 덧붙였다.

제9 행성 가설과 집단 중력설은 앞으로 더 확실한 증거가 제시될 때까지는 논쟁이 지속할 것으로 보인다.

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