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우주 이야기 33 - 태양계의 이웃을 찾아서 15



 
 27. 안드로메다자리 웁실론 (Upsilon Andromedae )


 안드로메다자리 웁실론 (υ Andromedae / υ And) 이름 만 들어도 짐작되듯이 안드로메다 자리에 위치한 항성이다. 실제로는 쌍성으로 주성인 안드로메다자리 웁실론 A 는 태양과 비슷한 주계열성이고 (Yellow - white dwarf) 동반성인 안드로메다자리 웁실론 B 는 적색 왜성이다. 이 둘은 750 AU (AU - 1.5억km) 떨어져 둘의 질량 중심을 주위로 공전한다.


(안드로메다자리 웁실론은 몸통 부위에 안드로메다 은하 아래쪽에 보인다. 그런데 왜 요즘은 안드로메다가 별자리나 신화 주인공이 아니라 개념 없음의 대명사가 되었는지.... This image is in the public domain because its copyright has expired in the United States and those countries with a copyright term of no more than the life of the author plus 100 years.)



 이 별은 지구에서 44광년 (13.5 파섹) 정도 떨어져 있기 때문에 사실 태양계의 이웃이라 하기엔 좀 먼 별이라고 할 수 있다. 겉보기 등급도 4.09 정도로 (절대 등급은 3.44) 로 맨눈으로 어두운 곳에서 보더라도 다소 어두운 별이라고 할 수 있다.


 주성인 안드로메다 웁실론 A 는 태양 질량의 1.28배, 지름은 1.6배, 밝기는 3.4배에 달하는 항성으로 태양보다 약간 크다. 추정되는 나이는 33억년 정도로 태양보다는 다소 젊은 별로 생각되지만 그래도 꽤 역사가 있는 별이라고 할 수 있다. 분광형은 F8V 이며, 표면온도는 6095K, 자전 주기는 10일 이내이다. 동반성 안드로메다 웁실론 B 는 별 언급할 필요가 없는 평범한 적색왜성이다.



 그런데 왜 아주 흔할 것 같은 이 쌍성을 소개하는가 ?  그것은 앞의 연재 포스트들을 보신 분들은 눈치 챘겠지만 동반 행성의 존재와 생명체 존재 가능성 때문이다.



 1996년에 이르러 외계 행성 탐사의 권위자인 제프리 마시 (Geoffrey Marcy) 를 비롯한 연구자들은 앞서 소개한 게자리 55 같은 항성들에서 외계 행성의 존재를 찾아냈는데, 그 중에 바로 안드로메다 웁실론 A 도 포함되어 있었다.


  첫번째 찾아낸 행성 안드로메다 웁실론 b (Upsilon Andromedae b 혹은 Upsilon Andromedae Ab ) 는 모항성 안드로메다 웁실론 A 에 꼭 붙어 공전하는 행성이었다. 사실 이로인해 모항성의 떨림이 쉽게 관측되었기 때문에 가장 빨리 발견해낼 수 있었다.


 행성 안드로메다 웁실론 b 의 공전 궤도는 무려 0.0595 ± 0.0034 AU (약 900만 km) 로 생각되는데 이는 지구보다 16배 이상 태양에 가까이 공전하는 것이다. 모항성 안드로메다 웁실론 A 가 태양보다 3.4배나 밝은 점을 감안하면 이 행성은 매우 뜨거울 것으로 생각된다. 과학자들은 표면 온도가 아마도 1650k 에 달하지 않을까 생각하고 있는데, 조금만 더 높다면 철이 액체 상태로 존재할 만큼 높은 온도다.


 또 이 행성이 모항성에 매우 가깝기 때문에 나타나는 현상으로 아마도 이 행성의 중력이 모항성의 채층에 영향을 미치지 않을 까 생각하고 있다. 안드로메다 웁실론 b 는 이런 가까운 공전 거리 덕분에 공전 주기도 4.6일에 불과하다.


(안드로메다 웁실론 b 와 그 모항성 안드로메다 웁실론 A의 상상도   This file is in the public domainbecause it was created by NASA)





 안드로메다 웁실론 b 가 가스 행성인지 혹은 암석 행성인지 알 수 있는 방법은 없지만 대략 그 질량이 목성의 68.7% - 137% 정도로 생각되기 때문에 아마도 목성과 비슷한 가스 행성인데 매우 뜨거운 목성형 행성으로 짐작하고 있다. 물론 이는 모두 추정이지만. 과학자들은 이 행성이 모항성으로 부터 받는 조석력이 매우 크기 때문에 아마도 이 행성에는 목성과는 달리 많은 위성이 존재하지 않을 것으로 예상하고 있다.



 1999년에는 안드로메다 웁실론 A 에 대한 추가적인 연구를 통해 이 항성이 행성 2개를 더 거느리고 있는 것으로 생각되었다. 이 행성들은 각각 안드로메다 웁실론 c,d 의 이름을 부여 받았다.


 안드로메다 웁실론 c 는 약 0.830 ± 0.048 AU 정도의 거리에서 모성을 공전하는 것 같다. 만약 태양 주변이라면 이 위치는 생명체 거주 가능권으로 생각 될 수도 있지만 안드로메다 웁실론 A 자체가 태양 보다 3.4배 정도 밝기 때문에 이 위치는 거주권으로 보기는 힘들다. 안드로메다 웁실론 c 의 질량이 목성의 약 2배 (1.97배) 정도이기 때문에 과학자들은 이 행성도 역시 목성형 가스 행성일 것으로 추정하고 있다. 공전 주기는 약 241.2일 이다.


 이 행성에서 한가지 주목할 것은 궤도 이심률이 0.262 정도로 매우 크다는 것이다. (한마디로 길쭉한 타원 궤도를 돈다는 것) 이는 명왕성보다 더 큰 편인데, 모항성과 가까운 위치를 감안하면 이상한 일이 아닐 수 없다. 안드로메다 웁실론 d 역시 이심률이 크기 때문에 과학자들은 여기에서 4번째 행성의 존재를 의심하고 있다.


 안드로메다 웁실론 d 는 모성에서 2.54 AU 정도 떨어진 궤도를 도는데 이심률이 0.258 정도로 역시 큰편이다. 이는 가까울 때는 1.88AU, 멀때는 3.20 AU 정도 모항성에 떨어진 지점에 있다는 것을 의미한다. 이 행성은 목성의 3.93배 정도 큰 행성으로 생각되는데, 아마 안드로메다 웁실론 d 자체는 가스 행성으로 생명체가 살기에 적합하지 않을 것으로 보인다.


 단 만약 이 행성이 목성처럼 큰 위성들을 가지고 있다면 이야기가 다를 수 도 있다. 거대 위성의 존재가 있다면 생명체가 존재할 가능성도 감안해볼 수 있다. 모항성과의 거리를 감안하면 액체 상태의 물이 존재할 가능성이 있기 때문이다.


 그러나 여기에는 한가지 문제가 있을 수 있다. 그것은 이심률이 큰 궤도 덕택에 겨울이 좀 추울 가능성이 있기 때문이다. 안드로메다 웁실론 d 자체가 공전 주기가 1290일 정도인데, 이 행성의 위성에서는 계절이 모항성과의 거리에 따라 발생할 가능성이 있어 보인다. 하지만 모항성의 나이가 30억년 이상으로 생각되기 때문에 적당한 위성만 있다면 이런 환경에 특수하게 진화된 생명체가 존재할 가능성도 있다. 만약 먼 미래에 이 행성을 탐사한다면 우리가 상상하지도 못했던 특별한 생명체를 만나게 될 지도 모른다.



(안드로메다 웁실론 A 의 세 행성의 상대적 거리를 나타낸 그림  CCL 에 따라 복사 허용. 저자 표시   저자 Ricnun )



 그러면 4번째 행성 (아마도 안드로메다 웁실론 e) 는 어떻게 된 것일까? 과학자들은 각 행성의 공전 궤도로 부터 만약 5AU 내에 목성 만한 행성이 있을 경우 서로의 공전 궤도가 안정적이지 못할 것으로 예측했다. 아마도 4번째 행성은 상호간의 중력의 영향으로 외부로 튕겨나갔든지 아니면 충돌했을 가능성이 제기되고 있다.


 한편 또 한가지 흥미로운 것은 안드로메다 웁실론 c 의 특이한 공전 궤도이다. 이 행성은 아마도 미지의 4번째 행성의 영향으로 인해 약 6700년을 주기로 찌그러진 타원궤도와 원궤도 사이를 변하는 별난 공전 궤도를 도는 것으로 생각되기 때문이다.





 28. 큰곰자리 47 (47 Ursae Majoris)



 큰곰자리 47은 태양계에서 46 광년 정도 떨어진 별로 태양과 쌍둥이 별이라고 할 수 있다. 겉보기 등급 5.03 (절대 등급 4.29) 정도인 별로써 태양질량의 1.08배 정도 되는 질량으로 보건대 여러 특성이 태양과 비슷하다. 그러나 나이는 60억년 정도로 태양보다 다소 늙은 별이라고 할 수 있다. 분광형은 G1V 이며, 표면 온도는 5,882 K 이다.


 이렇게 역시 평범한 별이지만, 1996년에 이르러 큰곰자리 47이 2개의 행성을 거느리고 있음이 발견되어 과학자들의 주목을 끌기 시작했다. 이 별 역시 외계 행성 연구의 권위자인 제프리 마시가 이끄는 연구팀에 의해 발견되었다.


 첫번째 발견된 큰곰자리 47b (47 Ursae Majoris b) 는 2.14 AU 떨어진 지점을 1095일 정도 주기로 도는 행성으로 당시 발견된 행성 가운데서는 최초로 모항성에 아주 근접하지 않고 떨어진 궤도를 도는 행성이었다. 추정질량은 목성의 2.62 배 정도로 생각되었다. 따라서 행성 자체는 목성형 행성일 것으로 추정된다.


(외계 행성 큰곰자리 47b 의 상상도  CCL 에 따라 동일 조건하 복사 허용, 저자 표시   저자  Debivort  )



 큰곰자리 47b 는 생명체가 살기에는 다소 먼거리를 공전하고 있다. 따라서 아마도 이 행성에 위성이 있더라도 지구 같은 환경을 지니기는 어려울 것으로 생각된다. 그러나 오늘날 목성의 위성 에우로파에서 생명체를 찾으려는 시도가 있는 것 처럼 사실 생명체에 대한 우리의 지식은 일천하기 때문에 의외의 결과가 나올지도 모른다.


 한편 큰곰자리 47b 의 중력의 영향을 고려할 때 큰곰자리 47 안쪽에는 지구형 행성이 생성되기 어려우며 설사 생성되어도 물이 거의 공급되지 않아 건조한 행성일 것이라는 가설도 제기되기도 한다. 그러나 이 역시 우리의 외계 행성에 대한 지식이 적기 때문에 함부로 단정지을 수 는 없을 것이다.



(큰곰자리 47b 와 c 의 예상 공전 궤도와 태양계의 비교. 큰곰자리 47b 는 화성보다 더 먼 거리에 있다.  This image has been (or is hereby) released into the public domain by its author, Chaos syndrome at the wikipedia project. This applies worldwide )


 큰곰자리 47 c 는 목성질량의 46% 정도 되는 행성으로 6년을 주기로 공전하며, 모항성과 거리가 가까운 점을 제외하면 토성과 비슷한 정도의 질량을 가진 가스 행성이 아닐까 생각된다.



출처 : Wiki/NASA

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