40억 년 전 원시 우주 화석 발견 “HD110067” 





  우주 화석이 발견되어 천문학계를 뜨겁게 달구고 있다. 보통 화석은 돌 속에 갇혀있다가 우연한 기회에 발견되어 우리에게 수억 년 전 지구의 모습을 알려준다. 그런데 우주에도 화석이 있다. 최근 40억 년 전 원시 우주의 모습을 알려주는 우주 화석이 발견된 것이다. 우주 화석 HD110067에 대해 알아보자.

The discovery of a space fossil is heating up the astronomy world. Usually, fossils are trapped in stones and are discovered by chance, showing us what the Earth looked like hundreds of millions of years ago. However, there are fossils in space too. Recently, a space fossil was discovered that shows what the primitive universe looked like 4 billion years ago. Let’s learn about space fossil HD110067.


40억 년 전 원시 우주 화석 발견 “HD110067”







  천문학자들이 말하는 원시 우주의 화석은 우리가 알고 있는 지구의 화석과는 다르다. 우주의 화석은 우주 생물체의 흔적이 찍혀있는 화석이 아니다. 우주에 별들이 만들어지고 별들은 서로의 중력에 의해 공전 궤도를 만들게 된다. 이 별들 간의 공전 궤도가 변하지 않고 만들어졌을 때 그 모습 그대로 유지되고 있는 행성계를 천문학자들이 우주 화석이라 말한 것이다.

  2개 이상의 천체가 서로 중력의 영향을 주고받으면서 궤도 주기가 일정한 하나의 행성계를 만든다. 하지만 이 일정한 궤도 주기는 대부분은 행성 간 충돌, 지나가는 별의 중력 영향 등으로 초기의 균형이 일그러져 버리고 만다. 그 결과 궤도 주기가 변화지 않고 일정한 행성계, 이른바 ‘궤도 공명’을 유지하는 행성계를 찾는 것은 하늘의 별따기 만큼 어려운 일이다.

  그런데 최근 미국 시카고대가 중심으로 활동하는 국제 연구진은 100광년 거리에 있는 별 ‘HD110067’을 돌고 있는 행성 6개 모두가 서로 일정한 공전 주기 비율로 궤도를 돌고 있는 것을 발견하여 발표했다.

  연구를 이끈 라파엘 루케 시카고대 박사는 “행성들은 최소한 40억 년 전 행성계가 형성됐을 당시의 궤도 배열을 그대로 유지하고 있는 것으로 보인다”며 “마치 우주의 화석을 보는 것과 같다”라고 평가했다.

The fossils of the primordial universe that astronomers talk about are different from the fossils of Earth that we know. Space fossils are not fossils that contain traces of space organisms. Stars are created in space, and the stars create orbits due to each other’s gravity. Astronomers refer to planetary systems that remain as they were when they were created without changing the orbits between these stars as space fossils.

Two or more celestial bodies exchange gravitational influence on each other to create a planetary system with a constant orbital period. However, in most cases, this constant orbital period is distorted from the initial balance due to collisions between planets and the gravitational influence of passing stars. As a result, finding a planetary system whose orbital period does not change and maintains a constant, so-called ‘orbital resonance,’ is as difficult as picking stars in the sky.

However, an international research team led by the University of Chicago recently discovered and announced that all six planets orbiting the star ‘HD110067’, which is 100 light-years away, are orbiting each other at a constant orbital period ratio.

Dr. Rafael Luque of the University of Chicago, who led the study, said, “The planets appear to have maintained their orbital arrangements as they were when the planetary system was formed at least 4 billion years ago,” and added, “It’s like looking at a space fossil.”


지구에서 100광년 거리의 별 HD110067과 6개 행성은 40억년 전 공전주기를 유지하고 있는 것으로 최근 알려졌다. © CC BY-NC-SA 4.0, Thibaut Roger/NCCR PlanetS
지구에서 100광년 거리의 별 HD110067과 6개 행성은 40억년 전 공전주기를 유지하고 있는 것으로 최근 알려졌다. © CC BY-NC-SA 4.0, Thibaut Roger/NCCR PlanetS


HD110067이 거느리는 6개 행성은 한치의 어긋남도 없이 완벽한 조화를 이루며 중심별을 공전하여 행성계가 처음 형성됐을 시기의 상황을 추적해볼 수 있는 “1% 중의 1%”의 기회이기에 우주 화석이라 부른 것이다.

The six planets owned by HD110067 orbit the central star in perfect harmony without any deviation, and are called space fossils because it is a “1% of 1%” opportunity to trace the situation when the planetary system was first formed.







학자들이 발견한 6개 행성의 궤도 공명은 두 그룹으로 나뉜다. 가장 안쪽 행성이 중심별을 세 번 공전할 때 두 번째 행성은 2번 공전한다. 두 번째와 세 번째 행성, 세 번째와 네 번째 행성의 사이의 공전 주기도 같은 비율이다. 가장 바깥쪽 2개의 행성은 공전 주기 비율이 좀 다르다. 다섯번째 행성이 4번 공전할 때 6번째 행성은 3번 공전한다.

요약하면 안쪽 4개 행성은 순서대로 3:2, 3:2, 3:2 비율로, 바깥쪽 2개 행성은 4:3 비율로 궤도를 돈다. 이 경우 가장 바깥쪽 행성이 한 번 공전하는 동안 맨 안쪽 행성은 6번 공전하게 된다. 연구진이 확인한 6개 행성의 공전 주기는 안쪽부터 9.1일, 13.7일, 20.5일, 30.8일, 41.1일, 54.7일이다.

The orbital resonances of the six planets discovered by scientists are divided into two groups. When the innermost planet orbits the central star three times, the second planet orbits it twice. The orbital periods between the second and third planets and the third and fourth planets are also in the same ratio. The two outermost planets have slightly different orbital periods. When the fifth planet orbits 4 times, the 6th planet orbits 3 times.

In summary, the inner four planets orbit in a ratio of 3:2, 3:2, and 3:2 in that order, and the outer two planets orbit in a 4:3 ratio. In this case, while the outermost planet orbits once, the innermost planet orbits 6 times. The orbital periods of the six planets identified by the researchers are 9.1 days, 13.7 days, 20.5 days, 30.8 days, 41.1 days, and 54.7 days from the inside.


Animation of the orbits of six planets around HD110067
Animation of the orbits of six planets around HD110067







여기에서 주목을 끄는 것은 이 행성들이 모두 외계 생명체 발견 가능성이 가장 높은 것으로 알려져 있는 ‘미니-해왕성’이라는 점이다. 이 행성들은 지름이 지구보다는 크고 해왕성(지구 지름의 4배)보다는 작아 대략 지구의 2~3배로 크기로 우주에서 가장 흔하게 볼 수 있는 유형이라 한다.

미니-해왕성급 외계 행성의 대기에서 생명체 신호와 관련이 깊은 메탄, 이산화탄소 분자들이 존재한다는 사실이 학계에 발표되면서 미니-해왕성급 외계 행성에 대한 관심이 더욱 높아진 상황이다. 그런 상황에서 40억년전 우주의 모습을 고스란히 간직하고 있는 행성들이 발견된 것은 우주 초기의 모습은 물론 생명의 기원에 대한 연구에도 의미심장한 단서를 제공해 줄 수 있다는 기대를 만든 것이다.

What attracts attention here is that these planets are all ‘mini-Neptunes’, which are known to have the highest possibility of discovering extraterrestrial life. These planets are larger in diameter than the Earth and smaller than Neptune (4 times the diameter of the Earth), and are approximately 2 to 3 times the size of the Earth, and are said to be the most commonly seen type in the universe.

Interest in mini-Neptune-class exoplanets has increased as it has been announced in academia that methane and carbon dioxide molecules, which are closely related to signs of life, exist in the atmosphere of mini-Neptune-class exoplanets. In such a situation, the discovery of planets that still retain the appearance of the universe 4 billion years ago raised expectations that it could provide meaningful clues to research not only on the early appearance of the universe but also on the origin of life.


A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067