세드나족

3. 궤도 특징 및 분류

세드나족 천체들은 매우 큰 궤도장반경(수백 AU)과 태양계 행성들의 영향을 받지 않을 정도로 높은 근일점 거리를 가지는 극단적인 타원 궤도를 특징으로 한다. 이러한 독특한 궤도는 거대 행성의 섭동^[7]이나 은하 조석과의 상호 작용^[3]만으로는 설명하기 어렵다. 만약 이 천체들이 현재 위치에서 형성되었다면, 미행성체 간의 상대 속도가 너무 커서 강착이 불가능했을 것이므로, 궤도는 원래 원형에 가까웠을 것으로 추정된다.^[8] 현재와 같은 타원 궤도가 형성된 원인에 대해서는 여러 가설이 제시되고 있다.

3. 1. 궤도 특징에 대한 가설

• '''항성과의 근접 조우 가설''': 태양이 아직 산개 성단에 묻혀 있을 때 근처를 지나가는 항성의 통과로 인해 궤도와 원일점 거리가 "들어 올려졌을" 수 있다.^[9][10] 또는 태양이 태어난 성단에서 지나가는 별 주변에서 형성된 천체가 태양에게 포획되었을 수도 있다.^[7][13] 지나가는 별들의 섭동은 다양한 근일점과 기울기를 생성할 것이며, 각 섭동은 그러한 만남의 수와 각도에 따라 달라진다.

• '''제9행성 가설''': 카이퍼 벨트 너머에 있는, 아직 알려지지 않은 행성 크기의 물체인 가설적인 제9행성에 의해 궤도가 교란되었을 수 있다.^[11][12] 만약 해왕성 바깥 행성이 원인이라면, 그러한 모든 천체는 대략 같은 근일점(≈80 AU)을 공유할 것이다.

• '''떠돌이 행성 가설''': 초기 태양계에 일시적으로 존재했던 떠돌이 행성에 의해 근일점 거리가 "들어 올려졌을" 수 있다.^[1][2]

4. 구성원

세드나족은 태양계 가장 바깥쪽 영역에서 발견되는 해왕성 바깥 천체의 일종으로, 극단적으로 길쭉한 타원 궤도를 가지며 근일점이 매우 멀리 떨어져 있다는 특징을 공유하는 천체 그룹이다. 대표적인 구성원으로는 최초로 발견된 세드나를 비롯하여 2012 VP113, 레레아쿠호누아 등이 있다. 이들 외에도 여러 세드나족 후보 천체들이 발견되었거나 탐색 중이다.

세드나족 천체들은 현재까지 알려진 태양계 천체 중 가장 멀리 떨어진 곳에서 공전하는 경우가 많으며, 이들의 특이한 궤도는 태양계 형성 초기 과정이나 아직 발견되지 않은 외곽 행성의 존재 등과 관련하여 많은 연구 관심을 받고 있다. 세드나족으로 분류되는 천체들의 구체적인 목록과 궤도 특성, 관련 가설 등에 대한 자세한 내용은 관련 문서를 참고할 수 있다.

4. 1. 발견된 세드나족 천체 목록

'''주:''' V774104는 2015년 발견 당시 세드나족 후보로 발표되었으나, 관측 기간이 매우 짧아(약 2주) 궤도가 정확히 확정되지 않았으며 근일점이 해왕성의 영향 밖에 있는지도 불분명하다.^[19] V774104에 대한 발표는 레레아쿠호누아 (2015 TG387)를 언급하려던 것일 수 있다는 추측도 있다.

5. 연구 및 탐사

세드나족의 매우 길쭉한 타원 궤도는 거대 행성의 섭동이나 은하 조석과의 상호 작용만으로는 설명하기 어렵다. 만약 이 천체들이 현재 위치에서 형성되었다면, 초기에는 원형 궤도를 가졌어야 한다. 그렇지 않으면 미행성체 간의 충돌 속도가 너무 커서 강착 과정을 통해 현재 크기로 성장하기 어려웠을 것이기 때문이다. 현재와 같은 특이한 궤도가 만들어진 이유에 대해서는 여러 가설이 제시되었다.

# '''지나가는 별의 영향''': 태양이 형성 초기에 성단 안에 속해 있을 때, 근처를 지나가는 다른 별의 중력 영향으로 궤도가 현재처럼 길쭉하게 변형되었을 수 있다.

# '''다른 항성계로부터의 포획''': 태양이 속했던 초기 성단 내의 다른 별 주위를 돌던 천체가 태양의 중력에 붙잡혀 현재의 궤도를 가지게 되었을 가능성도 있다.

# '''미지의 행성 존재''': 카이퍼 벨트 너머에 아직 발견되지 않은 행성 크기의 천체, 이른바 제9행성이 존재하며, 이 행성의 중력 영향으로 세드나족의 궤도가 교란되었을 수 있다는 가설이다.

# '''초기 떠돌이 행성의 영향''': 태양계 형성 초기에 존재했다가 사라진 떠돌이 행성이 세드나족 천체들의 근일점 거리를 멀어지게 만들었을 수 있다.^[1][2]

특히 처음 발견된 세 개의 세드나족(세드나, 2012 VP113, 레레아쿠호누아)은 궤도장반경이 150 AU 이상이고 근일점이 30 AU 이상인 다른 극한 해왕성 바깥 천체들과 유사하게 근점 인자(ω)가 대략 0° 근처에 모여 있는 경향을 보인다. 이는 단순한 관측 편향으로 설명하기 어려우며, 거대 행성과의 상호작용만으로는 시간이 지남에 따라 근점 인자가 무작위적으로 분포해야 하므로 예상 밖의 현상이다. 예를 들어 세드나의 근점 인자 세차 운동 주기는 4천만 년에서 6억 5천만 년 사이로 추정된다. 이러한 궤도 정렬 현상은 태양계 외곽에 아직 발견되지 않은 거대한 천체, 즉 제9행성이 존재할 수 있다는 강력한 증거로 제시된다. 약 250 AU 거리에 있는 슈퍼 지구 질량의 행성이 있다면, 세드나족 천체들이 수십억 년 동안 ω ≈ 0° ± 60° 범위 내에서 진동하도록 만들 수 있다. 이러한 가상의 행성은 낮은 알베도를 가질 경우 현재의 전천 탐사 기술로는 발견하기 어려울 정도로 어두울 수 있다.

세드나족 천체를 찾기 위한 탐색은 계속되고 있다. 마이클 브라운, 데이비드 라비노위츠, 메건 슈웜 등이 2007-2008년에 수행한 조사는 최대 1,000 AU 거리까지 탐색하여 왜소행성 후보 천체인 곤곤을 발견했지만 새로운 세드나족 천체는 찾지 못했다. 이후의 시뮬레이션 연구에서는 이 영역에 세드나 크기의 천체가 약 40개 정도 존재할 것으로 예측했으며, 가장 밝은 것은 에리스와 비슷한 절대 등급(-1.0)을 가질 것으로 추정했다.

최근에는 TESS 우주 망원경의 데이터를 분석하여 새로운 외태양계 천체 후보를 찾는 연구도 진행되었다. 말레나 라이스와 그레고리 로플린은 TESS 관측 데이터에서 17개의 새로운 후보 천체를 찾아냈으며, 이들의 지심 거리는 80~200 AU 범위에 있을 것으로 추정된다. 하지만 이 후보 천체들을 확인하기 위해서는 지상 망원경을 이용한 후속 관측이 필요하며, 윌리엄 허셜 망원경을 이용한 초기 검증 시도에서는 일부 후보를 확인하는 데 실패했다.

세드나족 천체들의 궤도 형성 메커니즘에 따라 이들의 전체적인 분포 특성이 달라질 수 있다. 예를 들어, 제9행성 가설이 맞다면 대부분의 세드나족 천체는 비슷한 근일점(약 80 AU)을 가질 것이다. 만약 다른 항성계에서 포획된 것이라면, 포획된 시스템의 회전 방향에 따라 궤도 경사각 분포가 달라질 수 있다(같은 방향 회전 시 낮은 경사각, 반대 방향 회전 시 낮거나 높은 경사각 그룹 형성). 지나가는 별의 영향을 받았다면 근일점과 궤도 경사각 분포가 더 다양하게 나타날 것이다. 따라서 더 많은 세드나족 천체를 발견하고 이들의 궤도를 분석하는 것은 어떤 형성 시나리오가 가장 유력한지 판단하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다. 마이클 브라운은 세드나를 "초기 태양계의 화석 기록"이라고 부르며, 추가적인 발견을 통해 태양 형성 과정과 초기 환경에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대했다.

레레아쿠호누아의 발견 이후, 스콧 셰퍼드 등은 힐스 구름 내부에 지름 40km 이상인 천체가 약 200만 개 존재하며, 이들의 총 질량은 약 1 × 10²² kg으로 명왕성 질량과 비슷하고 소행성대 전체 질량의 몇 배에 달할 것으로 추정했다.

현재 기술로는 세드나족 천체까지 직접 탐사선을 보내는 것은 매우 어렵지만, 이들에 대한 지속적인 관측과 연구는 초기 태양계의 형성과 진화, 그리고 제9행성의 존재 가능성에 대한 중요한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

6. 더 보기

• 해왕성 바깥 천체
• 제9행성
• 오르트 구름
• 카이퍼 벨트
• 분리천체
• 극한 해왕성 바깥 천체
• 세드나

참조

_[1] 논문 Production of the Extended Scattered Disk by Rogue Planets https://iopscience.i[...] 2006-06-01
_[2] 논문 Primordial Orbital Alignment of Sednoids 2024-02-01
_[3] 논문 A Sedna-like body with a perihelion of 80 astronomical units http://home.dtm.ciw.[...]
_[4] 웹사이트 Known Extreme Outer Solar System Objects http://home.dtm.ciw.[...] Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science 2014-04-17
_[5] 웹사이트 JPL Small-Body Database Search Engine: a > 150 (AU) and q > 50 (AU) and data-arc span > 365 (d) http://ssd.jpl.nasa.[...] JPL Solar System Dynamics 2014-10-15
_[6] 웹사이트 Beyond the Edge of the Solar System: The Inner Oort Cloud Population http://home.dtm.ciw.[...] Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science 2014-04-17
_[7] 논문 Discovery of a Candidate Inner Oort Cloud Planetoid http://www.gps.calte[...] 2008-04-02
_[8] 웹사이트 Small Bodies in the Outer Solar System http://www.dtm.ciw.e[...] University of Texas at Austin 2008-03-25
_[9] 논문 Scenarios for the Origin of the Orbits of the Trans-Neptunian Objects 2000 CR₁₀₅ and 2003 VB₁₂ (Sedna) 2004
_[10] 논문 Outer Solar System Possibly Shaped by a Stellar Fly-by https://doi.org/10.3[...] 2018-08-09
_[11] 논문 A distant planetary-mass solar companion may have produced distant detached objects 2006
_[12] 논문 An outer planet beyond Pluto and the origin of the trans-Neptunian belt http://iopscience.io[...]
_[13] 논문 How Sedna and family were captured in a close encounter with a solar sibling
_[14] 웹사이트 MPC list of ''q'' > 50 and ''a'' > 150 http://minorplanetce[...] Minor Planet Center 2018-10-01
_[15] 웹사이트 V774104: Solar System’s Most Distant Object http://www.skyandtel[...] Sky & Telescope 2015-11-22
_[16] 논문 A New High Perihelion Inner Oort Cloud Object 2004
_[17] 논문 Extreme trans-Neptunian objects and the Kozai mechanism: signalling the presence of trans-Plutonian planets http://mnrasl.oxford[...] 2014-09-01
_[18] 웹사이트 JPL Small-Body Database Search Engine: a > 150 (AU) and q > 30 (AU) and data-arc span > 365 (d) http://ssd.jpl.nasa.[...] JPL Solar System Dynamics 2016-02-08
_[19] 뉴스 Astronomers spy most distant Solar System object ever http://www.nature.co[...] 2015-11-10
_[20] 논문 Visible spectra of (474640) 2004 VN112-2013 RF98 with OSIRIS at the 10.4 m GTC: evidence for binary dissociation near aphelion among the extreme trans-Neptunian objects https://academic.oup[...] 2017-05
_[21] 논문 Searching for Sedna's Sisters: Exploring the inner Oort cloud http://www.astro.cal[...] Caltech 2010-08-06
_[22] 웹사이트 The Man Who Finds Planets http://discovermagaz[...] 2010-05-22
_[23] 논문 A Search for Distant Solar System Bodies in the Region of Sedna
_[24] 웹사이트 A New High Perihelion Inner Oort Cloud Object https://arxiv.org/pd[...] 2018-10-01
_[25] 논문 A Sedna-like body with a perihelion of 80 astronomical units http://home.dtm.ciw.[...] 2016-06-21
_[26] 웹인용 Known Extreme Outer Solar System Objects http://home.dtm.ciw.[...] Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science 2014-04-17
_[27] 웹인용 JPL Small-Body Database Search Engine: a > 150 (AU) and q > 50 (AU) and data-arc span > 365 (d) http://ssd.jpl.nasa.[...] JPL Solar System Dynamics 2014-10-15
_[28] 웹인용 Beyond the Edge of the Solar System: The Inner Oort Cloud Population http://home.dtm.ciw.[...] Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science 2014-04-17
_[29] 논문 Discovery of a Candidate Inner Oort Cloud Planetoid http://www.gps.calte[...] 2008-04-02
_[30] 웹인용 Small Bodies in the Outer Solar System http://www.dtm.ciw.e[...] University of Texas at Austin 2008-03-25
_[31] 논문 Scenarios for the Origin of the Orbits of the Trans-Neptunian Objects 2000 CR₁₀₅ and 2003 VB₁₂ (Sedna) 2004
_[32] 논문 A distant planetary-mass solar companion may have produced distant detached objects 2006
_[33] 논문 An outer planet beyond Pluto and the origin of the trans-Neptunian belt http://iopscience.io[...]
_[34] 논문 How Sedna and family were captured in a close encounter with a solar sibling