이웃집과학자

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.

지난 몇 년 간 연구원들은 다수의 해왕성바깥천체(TNOs, Trans-Neptunian objects)의 궤도에서 이상한 천체 무리를 발견했습니다. 일부 과학자들은 해왕성바깥천체(TNOs)의 경로가 지구 질량의 5배~10배 더 큰 무언가의 거대한 천체의 중력 때문에 만들어 졌다는 가설을 세우기도 했습니다. 

9번째 행성을 지지하는 과학자들은 해왕성 주변의 우주 암석들인 해왕성바깥천체(TNOs, Trans-Neptunian objects)를 기이한 궤도로 밀어 넣는 천체가 바로 이 9번째 행성이라고 주장합니다. 물론 또 다른 가능성도 존재합니다. 지난해 아카이브(arXiv)에 게재된 한 연구에 따르면 이곳에는 아주 작은 블랙홀이 존재할 수도 있다고 하는데요. 이 연구를 진행한 천문학자에 따르면 우리 태양계가 어쩌면 우주의 초창기에 만들어진 블랙홀인 '원시블랙홀(primordial black hole)'의 본거지일지도 모른다고 합니다. 

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. 지구 5개 질량에 맞먹는 크기의 블랙홀은 야구공 크기 정도밖에 되지 않을 것이라고 합니다. 

천문학자들은 이미 9번째 행성이 품은 모종의 징후를 찾아내기 위해 하늘을 훑으며 살펴보고 있는데요. 에 출판 허가를 받은 새로운 연구에 따르면 블랙홀로 추정되는 천체를 찾을 수 있을지도 모르겠습니다. 이 새로운 논문에서는 9번째 행성을 주요 관측 대상으로 삼고 있는데요. 하버드대학교 천문학과 학부생이자 이 연구의 주요 저자인 Amir Siraj박사는 Amir Siraj 박사는 "9번째 행성의 존재가 확인되면, 명왕성을 제외하고 2세기 만에 태양계에서 새로운 행성이 발견되는 것"이라고 말합니다. 이어 "외부 태양계에서 관측된 비정상적인 궤도에 대한 설명과 관련해 많은 추측이 있었다"며 "9번째 행성이 지구의 5~10배 정도의 질량을 가진 자몽 크기의 블랙홀이 될 가능성이, 제시된 아이디어 중 하나였다"고 말합니다. 

연구진은 루빈 천문대를 이용할 예정인데요. 칠레 안데스 산맥에 건설 중인 대형 망원경, 루빈 천문대(Vera C. Rubin Observatory)가 2022년부터 본격적으로 활동을 시작할 예정이라고 합니다. 참고로 이 천문대는 '대형 시놉틱 관측망원경(LSST)'이라는 이름을 지난 1월, 여성 천문학자인 베라 루빈(Vera C. Rubin)을 기념하기 위해 루빈 천문대(Vera C. Rubin Observatory)로 변경했습니다. 

루빈 천문대는 놀라울 정도로 민감한 망원경을 통해 밤하늘을 반복적으로 살펴볼 예정이라고 합니다. 예를 들어 LSST 데이터는 천문학자들이 미스터리한 암흑 에너지와 암흑 물질의 성질을 탐사하고 잠재적으로 위협이 될 수 있는 수 많은 소행성을 찾아 추적할 겁니다. 무엇보다도 우리 은하계의 형성과 진화를 연구할 수 있도록 도울 예정인데요. 

이번 연구의 공동 저자이자 하버드대학교 천문학과 학과장인 Avi Loeb교수는 "LSST는 시야가 넓어 하늘 전체를 몇 번에 걸쳐 살피며 순간적인 섬광을 찾는다"고 말했는데요. 이어 "다른 망원경들은 알려진 목표물을 가리키는데 능숙하지만 우리는 9번째 행성을 어디서 찾아야 할지 정확히 알지 못한다"며 "우리는 그 천체가 있을 법한 광대한 지역만을 알고 있다"고 설명합니다.

LSST 관측 프로그램은 또한 잠재적으로 존재하고 있을지 모르는 블랙홀의 특징을 발견할 수도 있습니다. 블랙홀은 혜성이나 다른 작은 천체를 삼킬 때 섬광이 발생하기도 하는데요. Amir Siraj박사는 "블랙홀 근처에 성간물질에서 블랙홀로 가스가 강착되는 과정에서 발생하는 열로 인해 블랙홀에 접근하는 작은 천체들이 녹을 것이다"며 "일단 녹으면 작은 천체들은 블랙홀에 의해 조석 파괴(tidal disruption)가 일어나게 되고 그 이어 파괴된 천체들이 블랙홀에 강착되게 된다"고 설명합니다. 어둡고 미스터리한 천체에 잠시 빛을 비추는 섬광인 방사능 방출은 강착(accretion) 과정 때문에 발생합니다. 

Avi Loeb교수는 "블랙홀은 본질적으로 어두운 것이기 때문에 블랙홀의 입구로 가는 과정에서 물질이 방출하는 방사선은 이 어두운 환경을 비추는 유일한 방법"이라고 설명합니다. LSST 데이터는 조사를 시작한 후 1년 이내에 9번째 행성이 블랙홀이라는 가설을 확인하거나 가설에서 배제할 수 있어야 합니다. LSST가 무엇을 발표하든 천문학자들의 관심을 끌기엔 충분할 것 같습니다.

##참고자료## 

• Siraj, Amir, and Abraham Loeb. "Searching for Black Holes in the Outer Solar System with LSST." arXiv preprint arXiv:2005.12280 (2020). 
• Scholtz, Jakub, and James Unwin. "What if Planet 9 is a Primordial Black Hole?." arXiv preprint arXiv:1909.11090 (2019).