[아하! 우주] 하늘에 ‘3개의 태양’이 뜬다…희한한 삼중성계 발견

우주에서 가장 희귀한 유형의 행성이 존재한다는 유력한 증거들이 포착되었다. 오리온자리의 ‘오리온 코’에 위치한 별 시스템에 속하는 한 행성이 동시에 세 개의 태양을 공전하는 희한한 삼중성계를 보여주고 있다.

GW 오리오니스(GW Ori)로 알려진 이 삼중성계는 지구에서 약 1300광년 떨어져 있다. 먼지 투성이의 주황색 고리 3개가 서로 중첩되어 있는 이 시스템은 말 그대로 하늘의 거대한 황소 눈 과녁처럼 보인다. 황소 눈의 중심에는 세 개의 별이 있다. 두 개의 별은 서로 긴밀한 쌍성 궤도에 묶여 있고, 세 번째는 다른 두 개를 중심으로 넓게 소용돌이치듯 돌고 있다.

삼중성계는 우주에서 드문 사례지만, GW 오리오니스는 천문학자들이 가까이서 관찰할수록 더욱 기괴한 모습이 드러나면서 연구 대상이 되고 있다.

‘아스트로노미 저널 레터스’에 발표된 논문에 따르면, 연구원들이 칠레의 아타카마 ALMA(Large Millimeter/submillimeter Array) 망원경으로 GW 오리오니스를 자세히 관찰한 결과, 시스템의 3개의 먼지 고리가 실제로 서로 어긋나게 정렬되어 있음을 발견했다. 가장 안쪽에 있는 고리가 궤도에서 격렬하게 흔들리고 있다.

연구팀은 삼중성계에 속한 젊은 행성 하나가 GW 오리오니스의 복잡한 삼중 고리 배열의 중력 균형을 무너뜨릴 수 있다고 제안했다. 이 같은 사실이 확인된다면 GW 오리오니스는 우주에서 첫 번째 삼중성 행성이 된다. 영화 '스타워즈'에 쌍성을 공전하는 타투인 행성은 상대가 되지 않는다. 별이 가스와 먼지로 된 분자 구름에서 만들어지면 남은 물질이 주변을 휘돌면서 원시 행성계 원반을 형성하고 이 안에서 행성이 만들어져 위치와 궤도가 정해진다.

GW 오리오니스도 항성 3개 만들어진 뒤 주변에 원시 행성계 원반이 형성됐지만 평평한 것이 아니라 안쪽이 뒤틀려 있고, 그 안으로 원반에서 떨어져 나온 물질로 고리가 형성돼 사선으로 돌고있는 것이 관측됐다.

이 안쪽 고리는 지구 30개의 질량을 가져 행성을 형성하기에 충분한 것으로 분석됐다. 연구팀은 “이 고리 안에서 형성되는 행성은 매우 큰 각도로 별을 사선으로 돌게 될 것이며, ESO의 차세대 ‘극대망원경’(ELT) 등을 이용한 행성 탐사에서 많은 사선 궤도 행성을 찾아낼 것으로 예상한다”고 밝혔다.

영국 왕립천문학회 ‘월보’ 9월 17일자에 실린 한 논문은 그 희귀한 행성의 존재에 대한 신선한 증거를 제공한다. 연구 저자들은 우주의 다른 먼지 고리(또는 원시행성 원반)의 관찰을 기반으로 항성계 고리의 신비한 틈이 어떻게 형성될 수 있었는지 모델링하기 위해 3D 시뮬레이션을 수행했다.

연구팀은 두 가지 가설을 테스트했다. GW 오리오니스의 고리가 시스템 중심에서 회전하는 3개의 별에 의해 가해진 토크로 인해 형성되거나 고리 중 하나에서 행성이 형성될 때 원반이 뒤틀리는 현상이 나타난다. 연구원들은 항성 토크 이론이 작동하기에 충분한 난기류가 고리에 있지 않다고 결론지었다. 그보다는 모델은 목성 크기의 거대한 행성 또는 여러 행성의 존재가 고리의 이상한 모양과 행동의 원인일 가능성 있다고 제안한다.

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 GW 오리오니스에서 관측된 현상이 이론으로만 제시돼온 ’원반찢김 효과‘(disc-tearing effect)와 분명하게 일치하는 것을 밝혀냈다.

연구팀의 설명에 따르면, 이 삼중성계의 행성에 지적 존재가 산다면 실제로 세 개의 태양이 하늘에서 뜨고 지는 것을 볼 수는 없을 것이다. 시스템의 중심에 있는 두 개의 별은 하나의 큰 별처럼 보일 정도로 좁은 쌍성 궤도에서 움직이며, 세 번째 별은 주위를 휩쓸듯이 돌고 있기 때문이다.

그러나 GW 오리오니스의 존재가 확인된다면 과학자들이 이전에 인식했던 것보다 더 광범위한 조건에서 행성이 형성될 수 있다는 것이 증명될 것이다.　

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com