은하계 중심엔 행성이 별로 없다
은하계 중심엔 행성이 별로 없다
  • 이웃집과학자
  • 승인 2016.12.29 17:20
  • 조회수 2335
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은하수 중심과 바깥쪽은 다른 환경을 가지고 있습니다. 별의 입장에서 그렇다는 것입니다. 그렇다면 지구와 같은 행성에게도 차이가 있을까요? 원본사진 :[ESO/S. Brunier], 이웃집과학자 수정
은하수 중심과 바깥쪽은 다른 환경을 가지고 있습니다. 별의 입장에서 그렇다는 것입니다. 그렇다면 지구와 같은 행성에게도 차이가 있을까요? 원본사진 :[ESO/S. Brunier], 이웃집과학자 수정

은하수 중심부와 바깥쪽 환경은 '천양지차' 

위 사진을 잠깐 볼까요. 벌지(Bulge), 우리나라에서는 팽대부라고 부르는 경우가 많은 저 부분은 은하의 중심부입니다. 수많은 별들이 존재하죠. 바깥쪽 부분은 디스크 (Disk)라고 일컫습니다. 상대적으로 별의 밀도가 낮습니다. 비유하자면 벌지를 사람이 밀집한 도심으로, 디스크는 상대적으로 인구 밀도가 낮은 한적한 지역 쯤 됩니다. 

좀 다른 점도 있는데요. 벌지에는 나이가 많은 별들이 주로 존재하고 디스크에는 막 태어난 어린 별들이 다수라는 점입니다. 별의 입장에서 보면 은하 중심과 바깥쪽 지역은 환경이 아주 다릅니다. 


행성 입장에서는? 

행성의 형성은 우리가 아직 이해하지 못하는 측면이 많습니다. 과정이 참으로 복잡한데요. 지구로 치면 태양인 모항성과 중원소 함유량(Host Star Metallicity), 인근 별의 밀도 또는 주변 복사장의 강도와 같은 환경적 특성이 행성의 형성에 영향을 미칠 것으로 학계는 추측합니다. 이 질문에 명확히 답하기 위해서는 궁극적으로 은하계의 다양한 환경에서 별 주변의 행성을 검색해야 합니다.

Image Credit : NASA
Image Credit : NASA

멀리 떨어진 행성을 감지하는 방법 중 최근에는 중력 마이크로 렌즈 현상을 이용하는 방식이 주목받습니다. 위 그림과 같은 가정을 해보죠. 저 멀리에서 별 하나가 반짝입니다. 우주는 넓기 때문에 우리가 관측하려는 별 사이로 다른 별이 하나 더 있습니다. 그 별은 행성도 하나 가지고 있다고 가정해보죠. 

우리는 멀리 있는 별의 밝기를 관측합니다. 멀리 있는 별의 빛은 관찰자 사이에 우연히 잠깐 위치한 렌즈 별의 영향으로 구부러집니다. 지구가 움직이는 순간, 이 정렬은 우리가 발견할 수 있는 광원의 빛의 곡선을 밝게 만듭니다. 

별을 공전하고 있는 행성 또한 미세하지만 렌즈 현상을 발생시켜 관찰 할 수 있게 됩니다. 


지구와 은하계 중심 사이도 탐색 가능

 

수 많은 별이 은하 벌지에 존재합니다. 마이크로렌징 (microlensing)으로 지구와 은하계 중심의 그 사이에 존재하는 행성계를 탐색 할 수 있습니다. 지구는 은하 바깥쪽에 있기 때문에 별까지의 거리를 알면 바깥쪽의 행성과 중심쪽 행성 모두 찾을 수 있습니다. 

오하이오 주립 대학의 박사 후 연구원인 매튜 페니(Matthew Penny)가 이끄는 팀이 그 일을 시작했습니다. 마이크로렌즈에 감지 된 31개의 외부 행성 시스템 샘플을 고려하여 다음과 같은 질문을 던졌습니다. 

 

은하 벌지와 디스크에 존재하는 행성의 수가 같은가?

 

Artist’s impression of the Milky Way galaxy. The central bulge is much denser than the surrounding disk.[ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt]
Artist’s impression of the Milky Way galaxy. The central bulge is much denser than the surrounding disk.[ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt]

위 질문에 답하기 위해 페니 박사 등 연구진은 시뮬레이션된 모델 샘플의 거리 분포를 사용했습니다. 실제 관측 된 거리 분포와 비교했는데요. 흥미롭게도 두 가지 분포는 디스크의 행성 수와 벌지의 행성 수가 같다고 가정하면 일치하지 않습니다. 

벌지의 행성수와 디스크의 행성수의 비율값(fbulge)이 0.54 보다 작을 경우에 일치한다고 합니다. 즉, 벌지에는 디스크보다 상대적으로 행성의 숫자가 적을 것으로 예상한다는 해석입니다. 


변수는 아직 많아 

하지만, 아직은 장담할 수 없는 결과입니다. 다음과 같은 이유들 때문입니다. 

1) 마이크로렌즈로 발견 된 행성 샘플에 대한 거리 측정에 오류가 있을 수 있다. 
2) 시뮬레이션 모델이 너무 단순하다. 

같은 항성계 내 행성의 존재, 별의 질량 및 중원소 함유량과 같은 현상에 대한 모델이 현재에는 포함되어 있지 않기 때문입니다. 물론 결과 그대로 은하 중심부에서 실제로 디스크보다 적은 행성을 갖을 수도 있습니다. 

페니와 공동 연구자들은 위에서 언급한 1번과 2번 이유로 결과가 정확하지 않을 수도 있다고 말합니다. 하지만 은하 중심부에서 행성의 실제 부족 현상을 배제할 수 없습니다. 

앞으로 다가올 2세대 마이크로렌즈 탐사로 행성 샘플에 대한 유사한 분석을 수행하고 보다 더 정확한 거리 측정 값을 얻으면 명확하게 이 퍼즐을 해결해낼 수 있지 않을까 싶습니다. 

Citation : Matthew T. Penny et al 2016 ApJ 830 150. doi:10.3847/0004-637X/830/2/150



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