태양계 9번째 행성 “있다” “없다” 갑론을박

美 캘리포니아공대 브라운 교수
“지구 10배 크기 ‘행성 9’ 존재 가능”
캐나다 빅토리아대 섕크먼 교수
“카이퍼 벨트서 행성 흔적 못찾아”

아홉 번째 태양계 행성이었던 명왕성은 2006년 국제천문연맹(IAU)의 행성분류 기준이 바뀌면서 행성의 지위를 잃었다. 다른 행성들과의 궤도 기울기 차가 크고 명왕성 주위의 태양계 외곽을 둘러싼 ‘카이퍼 벨트’의 소(小)천체들조차 끌어당기지 못할 정도로 중력이 작은 탓이다. 이후 2014년 명왕성을 대체할 새로운 아홉 번째 행성(행성 9)이 존재할 수 있다는 가능성이 제기됐지만, 실존 여부에 대해서는 학계의 논쟁이 끊이지 않고 있다. 행성을 직접 관측한 적이 없고 아직까지는 이론적인 추정만 있기 때문이다.

지난달 코리 섕크먼 캐나다 빅토리아대 교수팀은 카이퍼 벨트의 소천체 4개를 정밀 분석했지만 미지의 행성으로부터 영향을 받은 흔적은 없었다고 밝혔다. 천체망원경으로 해왕성 너머의 우주 영역을 관측하는 ‘태양계 외곽 기원 조사(OSSOS)’를 수행한 결과다. 연구 결과는 논문 초고 온라인 등록 사이트인 ‘아카이브(ArXiv.org)’에 지난달 19일(현지 시간) 공개됐고 곧 국제학술지 ‘천문학 저널’에 게재될 예정이다.

○ “규칙적으로 움직이는 소천체, ‘행성 9’로 설명 가능” 주장

명왕성이 행성 지위를 잃은 이후 행성 9의 존재 가능성을 처음으로 제기한 건 채드윅 트루히요 미국 노던애리조나대 교수와 스콧 셰퍼드 미국 카네기과학연구소 연구원이다. 태양에서 200AU(천문단위·1AU는 지구와 태양 사이의 평균 거리로 약 1억4959만 km) 떨어진 거리에 주변 소천체를 중력으로 끌어당기는 미지의 ‘행성 9’가 존재하는 것으로 추정된다고 2014년 과학저널 ‘네이처’에 발표했다. 이는 태양에서 명왕성까지의 거리보다도 5배 더 먼 거리다. 당시 트루히요 교수는 “카이퍼 벨트 소천체들의 움직임이 일반적이지 않았는데 이를 해왕성의 영향으로 보기엔 해왕성과 소천체들 사이의 거리가 너무 멀다”고 설명했다. 또 이들은 카이퍼 벨트를 이루는 소천체들이 행성 9의 파편일 수도 있다고 했다.

지난해 1월에는 미국 캘리포니아공대(칼텍)의 콘스탄틴 배티진 교수와 마이클 브라운 교수가 카이퍼 벨트 소천체 6개의 움직임을 컴퓨터 모델로 시뮬레이션 한 결과, 행성 9가 존재한다는 이론적 증거를 찾았다고 국제학술지 ‘천문학 저널’에 발표했다. 소천체들의 규칙적인 움직임은 공전주기가 2만 년인 행성 9가 소천체 무리의 반대편에서 중력을 상쇄시킨다고 가정했을 때만 정확하게 설명할 수 있다는 주장이다.

○ 태양계 인근 거대 행성 발견된 적 없어…“행성 9 없이도 소천체 설명 가능” 반박

태양계 행성을 제외하고 현재까지 발견된 외계행성은 3600여 개에 이르지만, 태양계 인근에서 크기가 지구보다 크고 해왕성(지구의 17배)보다 작은 행성이 발견된 적은 없었다. 학계에서 행성 9의 존재에 의구심을 갖는 이유다. 엘런 스토팬 미국항공우주국(NASA) 수석연구원은 “태양 주위를 한 바퀴 도는 데 2만 년이 걸릴 정도로 광범위한 천체의 움직임으로 소천체 궤도를 설명하는 것은 무리”라며 “행성 9의 존재 가능성은 낮다”고 주장했다.

이번 연구 결과를 발표한 섕크먼 교수도 “카이퍼 벨트 소천체들의 움직임에서 행성 9를 가정해야 하는 부분을 발견하지 못했다”고 밝혔다. 이에 대해 셰퍼드 연구원은 “OSSOS로 관측한 소천체 4개 중 3개도 행성 9의 영향을 받고 있는 것으로 보인다”며 “행성 9의 존재 여부를 뒤집을 정도로 치명적인 연구 결과는 아니다”라고 반박했다.

현재까지 이론적으로 행성 9의 중력 영향을 받는다고 알려진 소천체는 단 12개뿐이다. 최영준 한국천문연구원 행성과학그룹장은 “최소한 행성 9 궤도 주변의 모든 천체의 움직임도 행성 9의 영향을 받는지 여부를 먼저 확인하는 작업이 필요하다”고 설명했다.
　
송경은 동아사이언스 기자 kyungeun@donga.com