PSR B1257+12

PSR B1257+12는 처녀자리에 위치한 밀리초 펄서이다. 이 천체는 중성자별의 일종으로, 초고속으로 자전하며 극도로 규칙적인 전파 펄스를 방출한다. 그 물리적 특성은 일반적인 주계열성과는 현저히 다르다.

이 펄서의 자전 주기는 약 6.22 밀리초로, 1초에 약 161번 회전하는 셈이다. 이렇게 빠른 회전 속도는 각운동량 보존 법칙에 따라 항성의 초신성 폭발 후 남은 핵이 수축하면서 얻은 것으로 여겨진다. 질량은 태양의 약 1.4배 수준으로 추정되지만, 반지름은 약 10킬로미터에 불과하여 극도로 높은 밀도를 가진다. 표면 온도는 약 28,856 켈빈으로 추정된다.

PSR B1257+12의 기원에 대해서는 두 개의 백색왜성이 병합하여 형성되었다는 가설이 유력하게 받아들여진다. 이는 초신성 폭발로 인한 격변적 과정을 거치지 않고 형성된 펄서일 가능성을 시사한다. 나이는 약 10억에서 30억 년 사이로 추정된다. 지구로부터의 거리는 약 2,300 광년 (약 710 파섹)이다.

이러한 물리적 특성은 PSR B1257+12가 단순한 펄서가 아니라, 행성계를 거느릴 수 있는 안정적인 중력원이 될 수 있음을 보여준다. 극도로 정확한 펄스 주기를 가진 밀리초 펄서라는 점은, 주변을 도는 행성의 중력에 의해 발생하는 미세한 펄스 도착 시간 변동을 관측하는 데 결정적인 장점으로 작용했다.

PSR B1257+12의 행성계는 총 세 개의 외계 행성으로 구성되어 있다. 이 행성들은 각각 PSR B1257+12 b, c, d로 명명되었으며, 펄서의 죽은 별이라는 특성에 맞춰 드라우그, 폴터가이스트, 포베토르라는 유령 관련 별칭을 가지고 있다. 이 행성계는 태양계와는 전혀 다른 환경을 보여주며, 펄서 주변에서 행성이 어떻게 존재할 수 있는지에 대한 중요한 연구 대상이 된다.

행성들의 물리적 특성은 다양하다. 가장 안쪽을 도는 PSR B1257+12 b는 지구 질량의 약 0.02배에 불과한 매우 작은 행성으로, 수성보다도 훨씬 가까운 궤도를 돌고 있다. 반면, 바깥쪽 두 행성인 PSR B1257+12 c와 d는 각각 지구 질량의 약 4.3배와 3.9배로, 슈퍼지구 범주에 속한다. 이들의 궤도는 서로 매우 가까워, 중력적 상호작용이 뚜렷하게 관측되는 특징이 있다.

이 행성계의 형성 기원은 여전히 논쟁의 대상이다. 초신성 폭발 후 남은 펄서 주변에 어떻게 행성이 남아있거나 새로 생겨날 수 있었는지에 대해, 주로 두 가지 가설이 제기된다. 첫 번째는 펄서가 되기 전의 항성 주변을 돌던 기존 행성들이 폭발을 견뎌내고 살아남았다는 '생존 가설'이며, 두 번째는 초신성 폭발 후 남은 물질 원반에서 행성이 새롭게 생성되었다는 '재형성 가설'이다.

행성계의 궤도 역학도 주목할 만하다. 특히 c와 d 행성은 궤도 공명 상태에 가까워 서로의 궤도에 미치는 중력적 섭동이 크다. 이로 인한 펄서 도착 시간의 미세한 변동을 정밀하게 측정함으로써 행성들의 존재와 질량이 처음으로 확인될 수 있었다. 이 발견은 라디오 망원경을 이용한 도착 시간 측정법의 성공 사례로 기록된다.

PSR B1257+12 b는 처녀자리에 위치한 펄서 PSR B1257+12를 도는 세 개의 외계 행성 중 가장 안쪽에 있는 행성이다. 이 행성은 1992년에 발견되었으며, 태양계 외부에서 발견된 최초의 외계 행성이자 최초의 펄서 행성으로 기록된다. 공식 명칭 외에 '드라우그르(Draugr)'라는 별칭을 가지고 있으며, 이는 북유럽 신화에 등장하는 언데드를 의미한다. 이 별명은 죽은 별인 펄서 주변을 도는 행성이라는 특성에 맞춰 붙여졌다.

이 행성의 물리적 특성은 매우 작은 크기로 요약된다. 질량은 지구의 약 0.02배, 반지름은 지구의 약 0.35배에 불과하여 수성보다도 작다. 이는 현재까지 알려진 외계 행성 중에서도 가장 작은 축에 속하는 크기이다. PSR B1257+12 b는 모항성으로부터 약 0.19 천문단위(AU)의 거리에서 약 25.26일 주기로 공전한다. 이는 우리 태양계에서 수성의 궤도(약 0.39 AU)보다도 훨씬 가까운 거리이다.

이처럼 펄서의 극도로 가까운 궤도를 돌고 있기 때문에, 이 행성의 환경은 생명체 존재 가능성과는 전혀 무관한 척박한 조건이다. 펄서에서 방출되는 강력한 엑스선과 감마선 및 고에너지 입자의 폭격을 지속적으로 받고 있을 것으로 추정된다. 이러한 강력한 방사선은 어떠한 형태의 대기권도 유지되기 어렵게 만들며, 행성 표면은 극한 환경에 노출되어 있을 것이다. 따라서 PSR B1257+12 b는 생명체 거주 가능성을 논의할 대상이 아닌, 순수하게 천문학적 발견의 의의를 지닌 천체이다.

이 행성의 발견은 행성계의 형성과 다양성에 대한 이해를 넓히는 데 기여했다. 특히 초신성 폭발과 같은 격변적 사건 이후에도 행성이 생존하거나, 혹은 폭발 이후의 잔해 주변에서 새로운 행성이 형성될 수 있다는 가능성을 보여주었다. PSR B1257+12 b와 그 형제 행성들의 존재는 행성 형성 이론에 새로운 장을 열었으며, 우주에서 행성이 존재할 수 있는 환경의 범위가 생각보다 훨씬 넓음을 증명했다.

PSR B1257+12 c는 처녀자리에 위치한 펄서 PSR B1257+12를 도는 두 번째 외계 행성이다. 공식 명칭 외에 '폴터가이스트'(Poltergeist)라는 별칭을 가지고 있으며, 이는 펄서 행성계의 다른 구성원들과 마찬가지로 초자연적 존재에서 유래했다. 이 행성은 펄서 주변에서 발견된 최초의 외계 행성들 중 하나로, 태양계 외 행성 탐사 역사에서 중요한 의미를 지닌다.

이 행성은 지구 질량의 약 4.3배에 달하는 슈퍼지구로 분류된다. 중심별로부터 약 0.36 천문단위(AU) 거리를 약 66.5일 주기로 공전한다. 이는 우리 태양계에서 수성의 궤도(약 0.39 AU)와 비슷한 거리지만, 펄서가 방출하는 에너지가 태양과 근본적으로 다르기 때문에 표면 환경은 극도로 척박하다.

PSR B1257+12 c는 1992년 알렉산더 볼시찬과 데일 프레일에 의해 펄서의 펄스 타이밍 변동을 분석하는 방법으로 발견되었다. 이 발견은 PSR B1257+12 b(드라우그)와 함께 인류 역사상 최초로 확인된 외계 행성이 되었다. 이 행성계의 존재는 행성이 주계열성 뿐만 아니라 펄서와 같은 진화의 최종 단계에 있는 항성 주위에도 형성되거나 생존할 수 있음을 증명했다.

이 행성과 그 형제 행성들의 궤도는 서로 중력적으로 상호작용하며 미세한 섭동을 일으키는 것이 관측되었고, 이는 이론적 예측과 일치하여 행성들의 존재를 확증하는 결정적 증거가 되었다. 그러나 펄서에서 쏟아지는 강력한 엑스선과 고에너지 입자의 폭격으로 인해, 이 행성에 생명체가 존재할 가능성은 전무하다고 여겨진다.

PSR B1257+12 d는 처녀자리에 위치한 펄서 PSR B1257+12를 도는 세 번째 외계 행성이다. 발견 순서상 가장 바깥쪽에 위치하며, 공식 명칭은 PSR B1257+12 d이지만, 비공식적으로는 유령의 일종인 '포베토르'(Phobetor)라는 별명으로 불린다. 이 명칭은 펄서 주변의 다른 행성들인 드라우그(Draugr)와 폴터가이스트(Poltergeist)와 마찬가지로, 죽은 별인 펄서 주변을 돌고 있다는 점에서 유래한 것이다.

이 행성은 지구 질량의 약 1.4배에 달하는 슈퍼지구로 추정된다. 중심별로부터 약 0.46 천문단위(AU) 거리에서 약 98일 주기로 공전하며, 이는 우리 태양계에서 수성의 궤도(약 0.39 AU)보다 조금 더 먼 거리에 해당한다. 그러나 펄서는 태양과는 근본적으로 다른 천체이기 때문에, 이 거리에서 행성의 표면 환경은 극도로 척박하다.

PSR B1257+12 d를 포함한 이 행성계의 행성들은 생명체 존재 가능성이 전무하다. 펄서에서 방출되는 강력한 엑스선과 감마선 및 고에너지 입자들로 인해 행성의 대기는 오래전에 날아갔을 것이며, 표면은 치명적인 수준의 방사선에 지속적으로 노출되어 있을 것이다. 이 행성들의 발견은 외계 행성이 주계열성 뿐만 아니라 펄서와 같은 특이한 환경에서도 존재할 수 있음을 증명한, 천문학史上的으로 매우 중요한 사례이다.