목성과 같은 거대한 가스 행성은 별 근처에서 관측되는 것이 일반적이다. 보통 별에서 멀리 떨어진 곳에서 형성된 뒤 내부로 진입하는 것으로 알려져 있다. 하지만 목성은 태양에서 멀리 떨어져 있다. 이 점에 대해 현재까지 아무 설명하지 못했다.

지난 26일 스웨덴 룬드대학에 따르면 천문학과 안데르스 요한센 교수가 이끄는 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 처음으로 목성의 형성 과정과 이동 경로를 밝혔다.

태양에서 지금보다 4배나 더 떨어진 곳에서 형성된 뒤 약 70만년에 걸쳐 서서히 안으로 진입한 결과가 현재 위치라는 것이다.

이는 다른 행성계에서 관측된 거대 가스 행성의 움직임과는 일치한다.

논문 제1저자인 박사 과정의 시모나 피라니 연구원은 목성과 같은 궤도로 태양을 도는 트로이 소행성군에서 그 증거를 찾았다고 밝혔다.

트로이 소행성군은 태양과 목성이 정삼각형으로 중력균형을 이루는 목성 궤도의 앞과 뒤의 라그랑주점에서 무리를 이루고 있다. 앞 무리가 뒤 보다 소행성이 50%가량 더 많은 비대칭성을 보이는데 이런 불균형이 목성의 과거 행로를 밝히는 단서가 됐다. 

연구팀은 트로이 소행성군 무리 간 비대칭성을 만든 원인을 찾기 위해 다양한 변수를 적용하여 컴퓨터 모의실험을 했다.

그 결과, 목성이 약 45억년 전 태양에서 18AU(1AU=약 1억4960만㎞) 떨어진 곳에서 얼음 소행성으로 행성 형성을 시작할 때만 트로이 소행성군이 지금과 같은 형태를 보이는 것으로 나타났다.

목성은 행성 형성이 시작되고 약 200만~300만년 안에 태양계 안쪽으로 이동하기 시작해 약 70만년에 걸쳐 태양에서 5.2AU 떨어진 현재의 위치까지 들어오게 된다.

어린 목성은 태양계에 남아있는 가스의 중력에 이끌려 나선형으로 태양에 점점 더 접근하고, 그 과정에서 자체 중력으로 트로이 소행성을 앞 쪽에 더 많이 끌어 모았다.

이런 과정은 목성이 가스 행성이 되기 전에 이뤄졌으며 트로이 소행성에서 발견된 암석들이 목성의 핵이 됐을 가능성이 있다고 연구팀은 밝혔다.

트로이 소행성은 미국항공우주국(NASA)이 오는 2021년 우주탐사선 '루시(Lucy)'를 발사해 6개 소행성의 궤도를 돌며 탐사하는 계획을 세워놓고 있다. 

연구팀은 이번 연구결과를 국제학술지 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 최신호에 발표했다.

문창완 기자 lunacyk@kukinews.com