[지식보관소] 아무것도 없다고 생각했던 우주의 빈공간이 중력의 원천이었다

 

 

얼마 전 유럽 우주국 ESA는

가설로만 존재하던 우주 빈공간에 있는 천체를 발견을 했으며

이 내용은 아카이브에 게시가 되었습니다.

 

 

불과 100년 전만 해도 인류는

우주 전체에 있는 별의 숫자는

500억 개도 안 될 것이라고 생각을 했습니다.

 

그도 그럴 만했던 것이

500억 개의 세계라고 해도 어마어마하게 클 뿐만이 아니라

다른 은하의 존재도 몰랐었기 때문이죠.

그러다가 허블이 안드로메다 성운이라고 불려졌던 천체가

사실은 우리은하보다도 거대한 은하였다는 것을 발견했으며

지금은 이런 은하가

우주에 적어도 천억 개는 넘게 있다는 것을 알고 있죠.

 

우리은하에 있는 별들도 마찬가지입니다.

과거에는 우리은하의 별이 500억 개 미만일 것으로 생각을 했던 이유가

육안으로는 보이지 않는 별인

적색 왜성의 존재를 몰랐기 때문이지만

현재는 우리은하의 별 중에서

무려 적색왜성이 80%에 달한다는 사실을 알고 있습니다.

 

그래서 현재 추정하고 있는 우리은하에 있는 별의 숫자는

5배가 늘어서

2천억 개에서 4천억 개 정도로 추정이 되고 있죠.

 

현재 우리은하의 모든 별들의 질량을 추정할 수가 있다고 여겨지고 있음에도

놀랍게도 우리은하에는

전체 별들이 행사하는 중력보다

실제 우리은하의 중력이 6배 가까이 크다는 것이

21세기 들어서 알려졌으며

아직 우리가 발견하지 못한 이런 중력을 만들어내는 질량체를

과학자들은 암흑물질이라고 부르고 있었습니다.

 

하지만 여전히 우리가 관측하지 못한

이 6배에 달하는 질량의 정체는 오리무중이었죠.

뭐 지금까지는 말이죠.

 

얼마 전 유럽 우주국 ESA는

가설로만 존재하던 우주 빈공간에 있는 천체를 발견했으며

이 내용은 아카이브에 게시가 되었습니다.

 

지금까지 인류는 5천 개가 넘는 외계행성을

다양한 간접적인 방법으로 발견을 했지만

작년까지 전혀 발견되지 않던 형태의 천체가 발견이 되었습니다.

바로 행성계에 속해 있지 않은 천체인 플래니모죠.

 

일반적으로 우리가 알고 있는 행성은

같은 태양계에 속해 있는 행성들입니다.

하지만 행성이 다양한 이유로

태양계 밖으로 튕겨나갈 수도 있고

애초에 별이 되기에는 너무나도 작은 질량이 모였던 경우는

별이 아닌 행성으로 남을 수도 있습니다.

 

이러한 행성들은

그 어떤 별도 돌지 않은 채로 은하를 떠돌아다닐 수가 있는데

이러한 행성을 자유부동성(Free-floathing Planet)

즉 FFP라고 부릅니다.

 

문제는 이론상 이러한 행성은

우리은하에 엄청나게 많아야 하는데

작년까지도 발견되지 못했다는 것입니다.

 

사실 이는 당연한 것이 100년 전까지만 해도

적색왜성이라는 종류의 별조차도 발견하지 못했는데

아예 빛조차 내지 않는 작은 행성을 발견한다는 것은

말이 안 되기 때문입니다.

 

FFP를 발견하는 게 얼마나 어려운지는

이 표를 보면 알 수가 있는데,

이 표는 행성의 거리와 크기가 어느 정도여야지

인류의 기술로 발견이 가능한지를 나타낸 표입니다.

 

이 표의 가로축은 지구로부터 행성까지의 거리를 나타내고

세로축은 그 크기를 나타내는데

크기가 큰 물체일수록 보다 멀리 떨어져 있어도 발견이 가능하고

작으면 작을수록 가까워야 발견이 쉽다는 것을 직관적으로 표현한 그림이죠.

 

놀랍게도 만약 태양계에

지구보다 훨씬 더 큰 해왕성 크기의 천체가 있다라고 해도

태양으로부터 고작 2000AU

그러니까 0.03광년 거리인 3000억km 거리에

이렇게 큰 행성이 있다고 해도

인류의 기술력으로는

이 행성을 발견할 수가 없다는 의미이며

이 때문에 태양계에 아직도 발견하지 못한

아홉 번째 행성이 있을 수가 있다 라는 이야기가 성립할 수가 있는 것입니다.

 

여기에서 중요한 건

고작 0.03광년 거리에 있는 거대한 가스행성도

일반적인 방법으로 발견하지 못하는데

10만 광년에 달하는 우리은하에는

FFP를 발견한다는 것은 거의 불가능에 가까웠다는 것입니다.

 

하지만 올해(2024, 4) 테스가 드디어 처음으로 FFP를 발견한 데 이어서

이번에 ESA도 다수의 FFP를 발견을 했는데

이게 가능했던 이유는

유클리드 망원경의 NISP라는 적외선 관측 덕분이었습니다.

 

물론 작년까지도 이론상으로만 존재했던 FFP를

드디어 실제로 관측했다는 것도 중요하지만

가장 중요한 이유는

이렇게 관측이 되면서 기존의 예상치보다 훨씬 더 많은

FFP가 우리은하에 존재할지도 모른다는 사실입니다.

 

그 이유는 이번에 발견된 행성들이

모두 다 목성보다도 몇 배씩이나 큰 행성들이었는데

아무리 큰 행성들이 발견되기가 쉽다라고 해도

하나같이 초거대 가스행성이라는 것이 시사하는 바는

어쩌면 FFP도 과거의 적색왜성과 비슷할지도 모른다는 것이죠.

 

적색왜성은 우리은하의 약 80%를 차지하는데

이를 통해서 우리가 알게 된 것은

거대한 별보다는

작은 별들이 만들어지기가 더 쉽다는 것입니다.

 

물론 상식적으로 별이 태어나기 위해서는

많은 물질이 응축이 되어야 하는데

상대적으로 작은 천체일수록 더 만들어지기가 쉽다는 것이며

어쩌면 적색왜성보다도 작은 갈색왜성은 더욱더 많고

갈색왜성보다도 더 작은 슈퍼 목성급의 가스행성은

더더욱 더 많을지도 모른다는 사실입니다.

한마디로 FFP의 상당수가 더 많은 물질이 모였다면

별이 될 수도 있었지만

별이 되질 못한 행성일지 모른다는 것이며

이 가설이 맞다면

우리은하에 있는 FFP의 숫자는

별보다 수십, 심지어 수백 배 많을 수도 있습니다.

 

재미있는 생각 중의 하나는

암흑물질이라는 개념이 나온 이유가

우리은하에 있는 별에서 대부분의 중력이 만들어진다라고 추정을 했는데

우리은하 전체 중력이

모든 별이 만들어내는 중력보다 6배가 더 컸었던 이유 때문이죠.

 

그런데 이렇게 생각할 수밖에 없었던 게

지식보관소 유튜브 초창기에 제가 만들었던 영상에도 나오지만

태양계는 99.86%가 태양입니다.

아무리 많은 행성과 왜소행성, 그리고 소행성이

태양계에 있다고 하지만

태양 1광년 이내의 태양을 제외한 모든 물질들의 질량을 다 합쳐봐야

태양 질량이 99.86%에 달한다는 것이며,

이런 기준으로 우리은하에는

대부분의 질량도 태양, 즉 별이 만들어 낸다고 보고 있었습니다.

 

하지만 우리은하에 수십조 개가 넘는 FFP가 있고

그 FFP의 대부분이 목성보다도 훨씬 거대한 초거대 가스행성일 경우에는

얘기가 달라집니다.

 

이 경우에 모든 FFP가 행사하는 중력이

거의 모든 별들이 행사하는 중력에 맞먹을 수도 있기 때문인 데다가

애초에 별이 아닌 천체는

망원경으로도 관측이 불가능에 가까웠기 때문에

애초에 관측이 가능한 중력이 과소평가가 된 것이죠.

 

물론 그렇다고 해도

고작 행성들이 모든 별의 중력을 합친 것보다

6배나 많은 중력을 행사할 수 있는 것은 아니기 때문에

암흑물질의 원인이 FFP 같은 행성들 때문이라고 보기는 힘듭니다.

 

하지만 이렇게나 FFP가 무겁고 많다면

1:6이라는 물질과 암흑 물질의 비율은 확실히 잘못된 것이며

FFP 이외에도 항성 질량 블랙홀들이나

중간 질량 블랙홀이 매우 많다는 이론까지 가세를 한다면

어찌 될지는 아무도 모릅니다.

 

어쩌면 우리가 만들어낸 암흑 물질이라는 개념은

0.03광년 떨어진 행성조차도 발견할 수가 없는

미약한 인간의 관측 기술 때문에 탄생한 개념이었을지도 모르겠습니다.

그럼 이만.