태양계 9번째 행성, "블랙홀일 가능성 有"
태양계 9번째 행성, "블랙홀일 가능성 有"
  • 함예솔
  • 승인 2019.10.10 14:50
  • 조회수 7480
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9번째 행성이 블랙홀? 출처: AdobeStock
9번째 행성이 블랙홀? 출처: AdobeStock

궤도를 특이한 방식으로 선회하는 천체가 있습니다. 외부 태양계에 거대한 행성이 숨어 있다는 사실을 유추하게 만드는데요. 아직 발견되지 않은 이 천체를 두고 우리는 9번째 행성(Planet Nine)이라고 부릅니다. 그런데 새로운 연구에 따르면 이곳에는 거대한 행성 대신 아주 작은 블랙홀이 존재할 수 있다고 하는데요. 이 연구를 진행한 천문학자에 따르면 우리 태양계가 어쩌면 우주의 초창기에 만들어진 블랙홀인 '원시블랙홀(primordial black hole)'의 본거지일지도 모른다고 합니다. 

 

9번째 행성 가설

9번째 행성. 출처: ESO/Tom Ruen/nagualdesign
9번째 행성 상상도. 출처: ESO/Tom Ruen/nagualdesign

거대한 다른 세계가 우리 주변에 숨어 있을 가능성은 얼마나 될까요? 천문학자들은 해왕성 저 멀리 태양을 공전하는 태양계 9번째 행성이 있을 수 있다고 말합니다. 이런 주장이 나온 건 최근의 일이 아닙니다. 가장 큰 위성인 세레스(Ceres)가 처음 발견된 1801년에는 세레스를 행성으로 분류하기도 했습니다. 그러나 그 후 위성으로 강등됐습니다. 명왕성 역시 1930년 첫 발견 이후 줄곧 행성의 지위를 누리다가 2006년 왜소행성으로 강등됐습니다.

 

태양계 행성 중 다른 구성원이 있을 수 있다는 주장의 첫 번째 근거는 2014년도에 나왔습니다. 미국 천문학자인 스콧 셰퍼드(Scott Sheppard) 박사가 '2012 VP113'이라는 작은 왜소행성을 발견했는데요. 이 행성은 지구와 태양 사이의 거리보다 250배가량 더 먼 곳에서 태양을 공전합니다. 그 궤도는 다른 행성들보다 더 길쭉한 모양의 타원 궤도입니다. 다른 행성들의 공전 궤도 평면보다 훨씬 기울어진 궤도를 지니닙니다.

 

셰퍼드 박사는 현재 우리가 알고 있는 태양계에서는 이런 궤도를 만들 수 없다고 말했습니다. 물론 약간의 기울어진 정도는 우연일 수 있는데요. 캘리포니아 공과대학교의 마이크 브라운(Mike Brown) 박사와 콘스탄틴(Konstantin Batygin) 박사는 지금까지 10개 정도 이런 물체들을 발견했습니다. 이런 천체들은 전부 비슷한 궤도 특징 가진다는 사실을 바탕으로 궤도가 완전히 기울어질 확률이 0.0001%까지 떨어진다고 합니다. 그렇다면 이 천체들 뒤로 보이지 않는 천체의 중력이 영향을 끼치고 있다는 설명이 가능해집니다.

TNO-9번째행성 궤도. 출처: Wikimedia Commons
TNO-9번째행성 궤도. 출처: Wikimedia Commons

몇 가지의 이상한 특성 외에도 해왕성 주변의 우주 암석들인 해왕성바깥천체(TNOs, Trans-Neptunian objects)는 우주 거의 같은 지점에서 태양 가까이 접근합니다. 그런데 일부 과학자들은 이것이 현재 태양계 시스템에 관한 이론과 일치하지 않는다고 말합니다. 이 천체들 가운데서도 가장 근접한 해왕성바깥천체(extreme TNOs, eTNOs)도 태양계의 마지막 행성인 해왕성과도 너무 멀리 떨어져 있어 해왕성은 이 천체들의 이상한 궤도를 만드는 데 일조하지 않은 듯 보입니다. 

 

그래서 이 기이한 궤도를 설명하기 위해 천문학자들은 TNOs가 어떻게 생겨났는지에 대해 설명하기 시작합니다. 지구 질량의 5배~15배 정도 되는 골리앗 행성(goliath planet )이 명왕성 훨씬 너머에 지구~태양 거리보다 수백 배나 더 먼 곳에 숨어있다는 식입니다. 9번째 행성을 지지하는 과학자들은 eTNOs를 기이한 궤도로 밀어넣는 천체가 바로 이 9번째 행성이라고 주장합니다. 

 

블랙홀 가설

별이 블랙홀에 빨려들어가는 모습을 그린 상상도입니다. 출처: NASA/JPL-Caltech
별이 블랙홀에 빨려들어가는 모습을 그린 상상도. 출처: NASA/JPL-Caltech

그런데 지난 9월 24일 아카이브(arXiv)에 게재된 연구에 따르면 9번째 행성이 eTNOs의 기이한 궤도에 대한 유일한 설명은 아닌 듯 보입니다. 이 연구에서 연구진은 기이한 궤도를 만드는 범인으로 우주의 초창기에 만들어진 블랙홀인 '원시블랙홀(primordial black hole)'을 지목했습니다. 참고로 아카이브(arXiv)는 '출판 전의 논문'을 수집하는 웹사이트인데요. 논문을 정식으로 내기 전에 자기 아이디어를 공유하고 아이디어를 먼저 냈다는 점을 증명할 수 있는 곳입니다. 

 

원시 블랙홀은 빅뱅이 발생하고 처음에 몇 초 동안 잠깐 존재했던 것으로 추정됩니다. 그러나 원시 블랙홀이 확인된 적은 없습니다. 만약 이 주장이 사실이라면 원시 블랙홀은 지구~태양 거리보다 수백 배 더 먼 곳에 위치할 겁니다. 그러나 블랙홀은 물질을 파괴하는 데 무척이나 능숙하기 때문에 5개의 지구 질량에 맞먹는 크기의 블랙홀은 야구공 크기 정도밖에 되지 않을 것이라고 합니다. 

 

연구원들은 최근 '광학중력렌즈실험(Optical Gravitational Lensing Experiment, OGLE)'에서 확인된 이상한 중력이상(gravitational anomalies) 징후들이 왜 9번째 행성이 블랙홀일 가능성이존재하는지 설명하는 데 도움이 될거라고 합니다. 광학중력렌즈실험(OGLE) 프로젝트의 일환으로 천문학자들은 중력 마이크로렌징(gravitational microlensing) 현상을 모니터링했습니다. 중력 마이크로렌징 현상은 블랙홀과 같은 거대한 천체가 항성 앞을 지나갈 때 발생합니다. 만약 천체의 정렬이 완벽하게 이뤄질 경우 무거운 천체가 마치 렌즈처럼 작용해 그 뒤에 위치한 천체의 빛을 왜곡하거나 증폭시킵니다. 

 

잠깐! 중력렌즈가 어떻게 작동하나 살펴볼까요? 

 

중력렌즈를 활용해 이렇게 먼 거리의 천체를 본다. 
중력렌즈를 활용해 이렇게 먼 거리의 천체를 본다. 

중력은 빛의 경로를 휘게 합니다. 이는 1915년 아인슈타인의 일반상대성 이론으로 예측됐습니다. 아서 에딩턴(Arthur Eddington)은 1919년 태양의 개기일식 동안 중력렌즈 현상의 발현을 확인했습니다. 중력으로 인해 시공간이 휘어지며 발생하는 중력렌즈 현상을 이용하면 우리는 망원경 없이도 먼 우주의 많은 부분을 볼 수 있습니다. 먼 은하의 빛이 우리를 향해 이동하면서 그 빛은 가까운 곳에 위치한 은하를 지나면서 휘어지고 초점을 맞춥니다. 때때로 먼 은하의 왜곡된 호(arcs)를 만들기도 합니다. 혹은 여러 개의 이미지를 만듭니다. 중력렌즈는 망원경처럼 작동합니다. 우리가 볼 수 없는 우주의 일부를 확대해줍니다.

5년 간의 광학중력렌즈실험(OGLE)의 관측 결과를 토대로 연구진들은 지구 질량의 약 0.5~20배의 천체가 중력렌즈 역할을 했을 때 발생한 걸로 추정되는 6건의 이상한 마이크로렌징 효과를 탐지했습니다. 연구에 따르면 이 천체는 26,000광년 떨어진 은하수의 은하팽대부(galactic bulge)쪽에 있다고 하는데요. 이 물체는 자유롭게 이동하는 행성보다는 원시 블랙홀 집단일 가능성이 존재합니다. 연구에서 저자는 "자유롭게 이동하는 행성을 포착하는 건 9번재 행성의 기원에 관한 우세한 설명"이라고 언급하는데요. 덧붙여 "우리는 9번째 행성 대신 원시 블랙홀을 포착할 확률이 비슷하다는 걸 보여준다"고 말합니다.

 


##참고자료##

 



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