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작성일 : 25-09-25 11:20
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최근 제임스웹우주망원경이 알파센타우리(Alpha Centauri) A 주위를 도는 것으로 판단하는 행성 후보를 발견했다는 뉴스가 많은 이목을 끌었다.[1] 생명체 거주 가능 영역을 공전하는 거대 기체 행성으로 추정된다. 태양 질량보다 약간 더 큰 알파센타우리 A 근처에는 태양 질량보다 약간 더 작은 별인 알파센타우리 B가 있다. 알파센타우리 A와 B는 맨눈으로 볼 수 있는 별 중에서 가장 가까운 별로 지구에서 4.34광년 떨어져 있다. 두 별은 서로 가깝게는 11.2AU(1AU=1억439스마트폰무료지급
60만km=지구~태양 거리), 멀게는 35.6AU 떨어져서 79년 주기로 서로 공전하고 있다.[2] 지구에서 볼 때 이 두 별 사이의 겉보기 거리는 최대 22각초(arcsec)다.[3] 이 겉보기 거리는 1m 떨어진 거리에서 0.1mm 간격을 보는 것과 비슷하다. 맨눈으로는 구분하기 어렵고, 고성능 망원경으로만 구분할 수 있다.
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그림 1. 왼쪽: 맨눈으로 볼 수 있는 별인 알파센타우리. 가운데: 알파센타우리 A 와 B로 구성됐다. 오른쪽: 최근 제임스웹 천체망원경으로 촬영한 알파센타우리 A 주위를 도는 행성 사진. 사진 출처: ESA
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맨눈으로 볼 수 없는 별을 포함하면 지구에서 4.25광년 떨어진 곳에 있는 프록시마센타우리(Proxima Centauri)가 가장 가까운 별이다.[2] 태양 질량의 0.12배에 불과한 질량의 적색왜성으로 알파센타우리 A와 B에 약 1만3000AU(=0.21광년) 떨어져서 55만년을 주기로 한 바퀴씩 돌고 있다. 현재 프록시마센타신천지무료
우리와 알파센타우리 A/B 사이의 겉보기 거리는 약 2.2도다. 3.8cm 떨어진 두 점을 1m 떨어진 거리에서 보는 것과 같다.[3] 알파센타우리 A와 B, 그리고 프록시마센타우리, 이렇게 3개의 별이 알파센타우리라는 삼중성계(triple star system)를 이룬다.
프록시마센타우리를 알파센타우리 C로 부르기도 한다. 알파센타우리 황금성게임어플
삼중성은 초속 21.4km의 속도로 태양에 다가오고 있다.[4] 2만7000년 후에는 태양에서 3광년 떨어진 거리까지 접근한 후 다시 멀어질 것으로 예상한다.[5] 알파센타우리 삼중성계가 항상 태양에서 가장 가까운 별은 아니다. 현재 태양에서 10.3광년 떨어진 곳에 있는 로스 248 적색왜성은 알파센타우리보다 3.6배 빠른 초속 77.3km의 속도로 태양 쪽으로 다가오고 있다.[6] 이 별은 3만6000년 후에 지구에 3.05광년까지 접근한다. 이때 로스 248은 알파센타우리 삼중성계보다 태양에 더 가깝게 위치한다. 현재 태양에서 17.1광년 떨어져 있는 글리제 445(Gliese 445) 적색왜성은 알파센타우리보다 5.2배 빠른 초속 111.7km의 속도로 태양으로 다가오고 있다.[7] 이 별은 4만6000년 후에 태양에 3.34광년 떨어진 거리까지 접근한다. 이때 글리제 445도 알파센타우리보다 태양에 더 가깝게 위치한다.
8만년 전 오르트 구름을 지나간 ‘숄츠의 별’
과거에도 태양에 가까이 접근한 별이 있다. 숄츠의 별(Scholz’s star)은 태양 질량의 0.095배 적색왜성인 숄츠의 별 A 와 태양질량 0.063배의 갈색왜성인 숄츠의 별 B로 구성된 쌍성이다. 현재 이 별은 태양에서 약 22광년 떨어진 거리에서 초속 82.4km의 빠른 속도로 멀어지고 있다. 현재 더 멀어지고 있다는 것은 과거에는 더 가까웠다는 것을 의미한다. 현재 숄츠의 별의 위치, 그리고 움직이는 속도와 방향으로부터 과거에 이 별이 태양에 얼마나 가까이 다가왔는지를 계산할 수 있다. 2015년 논문에서는 숄츠의 별이 약 7만년 전에 태양에서 0.82광년(=5만2000AU) 떨어진 거리까지 접근했다고 한다.[8] 이후 2019년 논문에서는 약 8만년 전에 1.09광년(=6만8700AU) 떨어진 거리까지 접근했다는 결과가 나왔다.[9] 두 논문에서 계산한 최단 접근 거리는 현재 알파센타우리 삼중성계까지의 거리보다 4-5배 더 짧다.
태양계 외곽에는 혜성이 분포하는 영역인 오르트 구름(Oort cloud)이 있다. 오르트 구름의 영역은 태양에서 2000AU에서 10만AU(1.58광년) 이상까지 이를 것으로 추정한다. 숄츠의 별이 태양에서 6만8700AU 또는 그보다 더 가까운 거리까지 다가왔다는 것은 오르트 구름 내부를 지나갔다는 것을 의미한다. 숄츠의 별이 오르트 구름 안을 지나가는 데 걸린 시간은 8000년 이상일 것으로 추정한다. 그 기간 이 별이 오르트 구름 안의 혜성에 다가가 중력으로 혜성의 궤도를 변하게 했을 가능성이 있다.
움직임은 상대적이다. 태양의 시점에서는 숄츠의 별이 지나가는 것처럼 보이지만, 반대로 숄츠의 별의 시점에서는 태양계가 지나가는 것이다. 숄츠의 별이 가까이 다가가는 혜성도 마찬가지다. 숄츠의 별 시점에서는 혜성이 숄츠의 별을 지나가는 것이다. 이런 혜성은 별의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선 모양의 궤적으로 날아간다. 일직선으로 날아가지 않고 휘는 것이다.
혜성의 질량은 별의 질량과는 비교할 수 없을 만큼 작기 때문에, 별의 움직임 변화는 거의 없고 혜성의 움직임 변화가 훨씬 더 크다. 쌍곡선 모양의 혜성의 궤적도 그 결과다. 지나가는 별에 의해 움직임이 변하는 혜성을 다시 태양의 시점에서 보면, 혜성은 태양 주위를 돌던 원래의 공전궤도에서 벗어나는 궤도로 움직인다. 만약 이런 혜성의 궤도가 지구 쪽으로 향하게 된다면, 잠재적인 충돌 위험이 될 수 있다.
그림 2. 숄츠의 별을 천체망원경으로 찍은 사진. 태양 질량의 0.095배 적색왜성인 숄츠의 별 A와 태양질량 0.063배의 갈색왜성인 숄츠의 별 B로 구성된 쌍성으로 사진 가운데에서 주황색으로 보이는 별이 숄츠의 별이다. 사진 출처: European Southern Observatory
숄츠의 별은 혜성의 방향을 지구로 돌렸을까?
태양에서 10만AU(지구~태양 거리의 10만배) 떨어진 궤도를 돌던 혜성 근처로 숄츠의 별이 지나가서, 혜성이 지구로 향하게 공전궤도가 변했다고 가정해 보자. 공전 속도의 크기는 그대로 유지하고 방향만 변해 지구로 향하는 경우, 혜성은 290만년 후에 지구에 도달한다. 혜성의 속도가 더 빨라지면 지구에 도달하는 데 걸리는 시간은 더 짧아진다. 태양 중력을 벗어날 수 있는 수준으로 혜성의 속도가 빨라지면, 혜성이 지구에 도달하는 데 걸리는 시간은 240만년보다 짧다.
최신 논문 기준으로 숄츠의 별이 가장 가까이 다가오는 거리인 6만8700AU에서 혜성의 궤도가 변했다면, 혜성은 더 빨리 지구에 도달한다. 공전 속도의 크기를 유지하고 방향만 변해 지구로 향하면 혜성은 160만년 후에 지구에 도달하고, 속도가 더 증가하면 이보다 더 짧은 시간에 지구에 도달한다. 숄츠의 별이 태양에 가장 가까이 접근한 때가 8만년 전이므로, 이 별로 인해 궤도가 변한 혜성의 대부분은 지구에 도달하려면 앞으로 100만년 이상, 경우에 따라 수 백만년을 더 기다려야 한다.
하지만 숄츠의 별의 경우는 실제로 오르트 구름 혜성의 궤도를 변하게 해 지구로 향하게 했을 확률은 상당히 낮다. 그 이유는 두 가지이다. 첫째, 숄츠의 별은 질량이 작아서 중력이 약하다. 따라서 혜성을 충분히 휘게 하려면 아주 가까이 접근해야 하는데, 그럴 확률은 낮다. 둘째, 숄츠의 별은 초속 80km가 넘는 빠른 속도로 지나갔다. 빠른 속도로 스쳐 지나가면 혜성에 작용하는 시간이 짧아 중력의 효과가 미약하다. 그만큼 혜성의 공전궤도도 덜 변한다. 빨리 지나가는 별이 혜성의 궤도를 충분히 변하게 하려면, 별이 혜성에 더 가까이 다가가서 중력의 영향이 커져야 한다. 이 또한 혜성의 궤도가 충분히 변할 확률을 낮춘다.
280만년 전 태양계를 스쳐간 태양급 별
지구에서 247광년 떨어져 있는 별인 HD 7977은 질량과 크기가 우리 태양과 비슷하다.[10] 이 별도 과거에 태양에 상당히 가까이 접근했다. 2022년 연구에서는 HD 7977이 약 280만년 전 태양에서 1만5000AU까지 접근했다고 한다.[11] 반면 2018년 연구에서는 약 247만년 전 1000AU까지 접근했다는 결과를 제시한다.[12] 두 결과 모두 HD 7977이 숄츠의 별보다 태양에 훨씬 더 가까이 다가갔다고 보고 있다.
HD 7977의 질량은 우리 태양의 질량과 비슷해서 숄츠의 별 질량보다 10배 이상 크다. 중력도 그만큼 강하다. 이 별이 태양계 근처를 지나간 속도도 숄츠의 별보다 많이 느렸다. 이 별이 현재 태양에서 멀어지는 속도는 초속 26.76km이다. 태양에 가장 가까이 접근했을 때의 속도도 이와 비슷했을 것으로 추정한다. 숄츠의 별보다 3배 정도 느린 속도이다. 이 별이 오르트 구름을 지나가는 데는 3만5000년 정도 걸렸다. 큰 중력의 별이 상대적으로 느린 속도로 오랫동안 오르트 구름을 지나가면 혜성의 궤도가 충분히 변할 확률은 증가한다.
그림 3. 지나가는 별에 의해 혜성의 궤도가 변하는 것을 묘사한 그림. 왼쪽 그림: 별이 초속 수십km의 속도로 태양에서 수만AU 이상 떨어진 곳까지 다가가면, 태양에서 본 별의 움직임은 거의 직선 모양이다. 오른쪽 그림: 별이 혜성에 수 AU 떨어진 곳을 지나가는 경우, 별에서 본 혜성의 궤적은 쌍곡선 모양이다. 그림 속 파란색 궤적은 초속 20 킬로미터로 지나가는 태양질량의 별이 혜성에 5AU 거리까지 접근한 경우에 별에서 보는 혜성의 궤적이다.
별이 무겁고, 느리고, 가깝게 지나갈수록 혜성의 궤도 변화가 크다. 지나가는 별의 시점에서 혜성은 쌍곡선 모양의 휜 궤적으로 날아간다. 별의 중력이 혜성의 궤도에 얼마나 많은 영향을 끼쳤는지 혜성이 휘는 각도로 알 수 있다. 별의 질량이 커서 중력이 크면 혜성이 날아가는 궤도는 많이 휘고, 별의 중력이 작으면 혜성의 궤도는 덜 휜다. 별이 천천히 지나가면 별의 중력이 더 오래 영향을 끼치면서 혜성의 궤도는 더 많이 휘고, 별이 빨리 지나가면 별의 중력이 짧은 시간 동안만 영향을 끼치면서 혜성의 궤도는 덜 휜다. 혜성이 별에 가까이 다가가면 혜성은 더 큰 중력의 영향으로 혜성의 궤도는 더 많이 휘고, 혜성이 별에 멀리 다가가면 더 작은 별 중력의 영향으로 혜성의 궤도는 덜 휜다. 별의 질량과 혜성이 멀리서 날아오는 속도, 그리고 혜성이얼마나 가까이 별에 다가가는 지를 알면, 쌍곡선 궤도역학을 이용해 휘는 각도를 계산할 수 있다.
혜성이 HD 7977에 1AU 거리까지 다가와서 멀어지는 경우 혜성의 궤도가 휘는 각도는 약 70도다. 숄츠의 별이라면 같은 거리까지 다가오는 혜성의 궤도가 휘는 각도는 1.4도에 불과하다. 상당히 큰 차이다. 질량이 10배 이상 크고, 속도가 3배 느리기 때문에 더 큰 영향을 미쳤다. 혜성의 궤도에 영향을 더 많이 끼치는 만큼, HD 7977이 혜성의 궤도를 변하게 해 지구로 향하게 했을 확률도 더 높다. HD 7977이 상대적으로 태양에 더 가까이 접근한 것도 오르트 구름 혜성을 지구로 향하게 했을 확률을 더 높였을 것이다. 태양에 더 가까울수록 오르트 구름의 혜성이 분포하는 밀도가 더 크기 때문이다.
그림 4. 별에서 보는 혜성의 궤적. 조건에 따라 혜성의 궤도가 휘는 정도가 다르다. 위: 혜성과 별 사이의 최단 거리가 다른 경우(짧을수록 많이 휨), 가운데: 혜성이 별에 다가가는 속도가 다른 경우(속도가 느릴수록 많이 휨) 아래: 별의 질량이 다른 경우(별의 질량이 클수록 많이 휨).
거리에 따라 혜성의 궤도가 변한 후에 지구에 도달하는 시간을 비교해 보자. 만약에 태양에서 1만5000AU 떨어진 혜성이 HD7977의 영향으로 궤도가 변해 지구로 향했다면, 지구에 오는 데 얼마나 걸렸을까? 혜성이 공전 속도의 크기는 그대로 유지하고 방향만 변해 지구로 향했다면, 혜성의 궤도가 변한 지 약 17만년 후에 지구에 도달했을 것이다. 혜성의 속도가 더 빨라졌다면 더 짧은 시간 안에 지구에 도달했을 것이고, 속도가 더 느려졌다면 더 긴 시간이 지난 후에 지구에 도달했을 것이다.
태양에 더 가까운 2000AU 떨어진 혜성이 이 별의 영향으로 궤도가 변해 지구로 다가왔다면 지구에 도달하는 데에 걸린 시간은 8천년 전후였을 것이다. HD 7977이 오르트 구름 외곽 경계인 태양에서 10만AU 떨어져 있는 혜성이 HD7977 영향으로 궤도가 변해 지구로 향했다면, 그 혜성이 지구에 도달하는 데 걸리는 시간은 290만년 전후이므로, 아직 지구로 향하고 있을 수 있다.
스쳐간 별이 행성이나 혜성을 거느리고 있다면?
태양과 비슷한 질량을 지닌 HD 7977은 태양계와 비슷한 구조를 지니고 있을 수도 있다. HD 7977이 태양처럼 여러 개의 행성을 거느리고 있다면, 이 행성들도 HD 7977과 같이 오르트 구름을 통과했을 것이다. 별보다 질량의 훨씬 작은 행성의 중력은 오르트 구름 혜성의 궤도에 거의 영향을 끼치지 않았을 수 있다. 하지만 특별한 조건에서는 외계행성도 혜성의 궤도에 영향을 끼쳤을 수 있다. 외계행성이 오르트 구름을 통과하는 속도는 별이 통과하는 속도뿐만 아니라 행성이 별 주위를 공전하는 속도도 따져봐야 하기 때문이다.
만약 외계행성의 공전 속도가 별의 이동 속도와 비슷하고, 그 순간 행성의 공전 방향이 별의 진행 방향과 반대라면, 외계행성이 혜성 근처를 거의 정지한 듯 지나갈 수도 있다. 이런 조건의 시점을 전후로 외계행성이 오르트 구름의 혜성 근처를 지나가면, 외계행성의 중력은 상당히 오래 혜성의 궤도에 영향을 끼친다. 이 조건에 더해 외계행성이 목성처럼 큰 질량을 지니고 있다면, 이 외계행성에 의해 오르트 구름 혜성의 궤도가 변할 수도 있다. 하지만 이런 조건을 모두 만족하기는 쉽지 않다.
좀 더 나아가 이 별이 지구 같은 생명체가 사는 행성을 동반하는 것을 상상해 볼 수 있다. 이 경우는 오히려 태양계 오르트 구름의 혜성이 이 외계행성에 위협이었을 수 있다. 태양계의 혜성이 외계행성에 충돌한다면, 외계행성의 생명체에 궤멸적 타격을 준다. HD 7977이 태양계의 오르트 구름과 비슷한 외곽천체를 동반한다고 가정해 볼 수 있다. HD 7977이 태양에 가까이 접근했을 때 이 별의 외곽천체에 속한 혜성들이 태양계 내부를 바로 통과했을 수도 있다. 그렇다면 이들 외계혜성은 지구에 직접적인 위협일 수 있다.
한편 258만년 전 지구에서는 플라이오세(Pliocene)가 끝나고 플라이스토세(Pleistocene)로 넘어갔다. HD 7977이 태양계에 가장 가까이 다가왔던 때와 비슷한 시기였다. 이때 지구는 따뜻한 기후에서 추운 기후로 전환됐다. 육지에 얼음이 쌓이면서 해수면이 낮아지는 등 환경이 변하기 시작했고, 지구상 생물에도 변화가 시작됐다. 인류의 한 종인 호모 하빌리스(Homo habilis)가 나타난 때도 플라이스토세 초반인 240만년 전 쯤이었다. 지구 상에 이런 변화를
가져온 사건이 소행성이나 혜성 충돌이었다는 직접적인 증거는 없다. 하지만 이런 변화가 있던 시기에 태양 크기의 별이 태양계 먼 외곽을 지나갔다는 것은 흥미로운 상상을 불러일으킨다.
그림 5. 태양계를 지나가는 별이 외곽 혜성 구조를 지니고 있다고 가정한 상황. 별의 중력이 혜성의 궤도를 변하게 해 혜성이 지구를 향해 날아올 수 있고, 지나가는 별 외곽에 있는 혜성이 곧바로 지구로 날아와 위협이 될 수도 있다. 별이 지구처럼 생명체를 지닌 행성을 거느리고 있으면, 태양계의 오르트 구름 혜성이 외계생명에 위협이 될 수 있다.
미래에 태양 가까이 다가올 별들
WD 0810?353라는 별은 태양질량의 약 0.63배인 백색왜성이다. 태양 질량의 1.8배였던 별이 적색거성에 이른 후 별의 생애 마지막 단계에 이른 별이다. 현재 태양에서 36.4광년 떨어져 있는 이 백색왜성은 초속 374km의 속도로 태양을 향해 날아오고 있다. 이 백색왜성도 2만9000년 후에 태양에 3만1000AU까지 다가온다.[11] 하지만 이 백색왜성은 지나치게 빠른 속도로 태양 근처를 지나가기 때문에, 별의 중력이 혜성의 궤도에 영향을 끼칠 시간도 매우 짧다.
이 별이 지나가서 오르트 구름의 혜성의 궤도를 변해 지구로 향하게 할 확률은 없다고 봐도 무방하다. 빠른 속도로 지나가는 별이 태양계나 지구에 더 위협적일 것으로 생각하기 쉽지만, 그와는 반대로 느린 속도로 지나가는 별이 태양계나 지구에 더 위협적이다. 느리게 지나갈수록 별의 중력이 더 오랫동안 영향을 끼치면서 태양계 외곽 천체의 궤도가 더 많이 변하기 때문이다.
한편 이 백색왜성이 다가오는 속도는 초속 374km보다 훨씬 더 느리고, 태양계에 가까이 다가오지도 않을 것이라는 연구 결과도 있다.[13] 태양에서 약 62광년 떨어진 곳에 있는 글리제 710이라는 별도 태양계를 향해 초속 14.5km의 속도로 다가오고 있다. 이 별은 129만년 후 태양에서 1만635AU 떨어진 거리까지 접근할 것으로 예상한다.[14] 질량이 태양 질량의 0.57배로 적색왜성보다 크다. 태양에 상당히 가까이 접근하고 태양계 외곽을 지나가는 속도도 상대적으로 느리다는 것은 이 별이 오르트 구름 혜성의 궤도를 변하게 할 확률을 높이지만, 이 별의 질량이 태양보다 작다는 것은 혜성의 궤도를 변하게 할 확률을 낮춘다.
주.
[1] “Webb finds new hints for planet around closest solar twin”, ESA, 2025년 8월7일.
[2] “Alpha Centauri”, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha_Centauri
[3] “Alpha and Proxima Centauri”, J. Scheers, Telescope Live, https://telescope.live/gallery/alpha-and-proxima-centauri
[4] “Spectroscopic Properties of Cool Stars (SPOCS). I. 1040 F, G, and K Dwarfs from Keck, Lick, and AAT Planet Search Programs”, J. A. Valenti and D. A. Fischer, The Astrophysical Journal 159, 141 (2005)
[5] “Close Encounters of the Stellar Kind”, C. A. L. Bailer-Jones, Astronomy & Astrophysics 575, A35 (2015).
“Stars That Approach within One Parsec of the Sun: New and More Accurate Encounters Identified in Gaia Data Release 3”, C. A. L. Bailer-Jones, C. The Astrophysical Journal Letters 935 (1), L9 (2022) “List of nearest stars”, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_nearest_stars
[6] “Gaia Data Release 3”, A. Vallenari, et al., Astronomy & Astrophysics 674, A1 (2023)
[7] “Gaia Data Release 2”, A. G. A. Brown, et al., Astronomy & Astrophysics 616, A1 (2018)
[8] “The Closest Known Flyby of a Star to the Solar System”, E. E. Mamaje, et al., The Astrophysical Journal Letters, 800, L17 (2015).
[9]“WISE J072003.20-084651.2B is a Massive T Dwarf”, T. J. Dupuy, et al., The Astronomical Journal 158, 174 (2019).
[10] “HD 7977 Star Facts”, https://www.universeguide.com/star/124093/hd7977
[11] “Search for Close Stellar Encounters with the Solar System Based on Data from the Gaia
DR3 Catalogue”, V. V. Bobylev and A. T. Bajkova, Astronomy Letters. 48, 542 (2022).
[12] “HD 7977 and its possible influence on Solar System bodies”, P. A. Dybczy?ski, et al., Astronomy & Astrophysics, 685, A171 (2024).
[13] “Not So Fast, Not So Furious: Just Magnetic”, J.D. Landstreet, E. Villaver, and S. Bagnulo, The Astrophysical Journal, 952, 129 (2023).
[14] “An Update on the Future Flyby of Gliese 710 to the Solar System Using Gaia EDR3: Slightly Closer and a Tad Later than Previous Estimates”, R. de la Fuente Marcos and C. de la Fuente Marcos, Research Notes of the AAS, 4, 222 (2020).
윤복원
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