태양계 바깥쪽에 또 다른 행성이 숨어 있을 수도 있고, 중력 법칙이 바뀌었다는 증거일 수도 있습니다. 한 쌍의 이론 물리학자들은 제9행성 탐사에 영감을 준 동일한 관찰이 원래 은하의 회전을 이해하기 위해 개발된 수정된 중력 법칙에 대한 태양계 내 증거일 수 있다고 보고합니다.
태양으로부터 무려 40억 마일 떨어진 태양계 외곽에 위치한 KBO(Kuiper Belt Objects)에 대한 예술가의 인상. 이미지 출처: NASA, ESA 및 G.Bacon(STScI)
Case Western Reserve University의 물리학 교수인 Harsh Mathur와 Hamilton College의 물리학 부교수인 Katherine Brown은 은하수가 외부 태양계 물체에 미치는 영향을 연구한 후 이러한 결론을 내렸습니다. 즉, 중력의 법칙이 수정된 뉴턴 역학(MOND)이라는 이론에 의해 지배되는 경우입니다.
MOND는 아이작 뉴턴의 유명한 중력 법칙이 어느 정도 타당하다고 제안합니다. 즉, 뉴턴의 법칙에 의해 예측된 중력 가속도가 충분히 작아지면 MOND는 다른 중력 행동을 대신하게 됩니다.
은하 규모에서 MOND를 성공적으로 관찰한 것은 일부 과학자들이 MOND가 "암흑 물질"을 대체할 수 있다고 믿는 이유입니다. "암흑물질"은 중력 효과는 있지만 빛을 방출하지 않는 가상의 물질 형태를 설명하기 위해 물리학자들이 사용하는 용어입니다.
"MOND는 은하계 규모의 관측을 매우 잘 설명하지만 그것이 외부 태양계에 큰 영향을 미칠 것이라고는 예상하지 못했습니다."라고 Mathur는 말했습니다.
그들의 결과는 최근 Acta Astronomica에 게재되었습니다.
Mather와 Brown은 이전에 MOND가 은하 역학에 미치는 영향을 연구했습니다. 그러나 천문학자들은 2016년에 외태양계의 일부 천체에 제9행성으로 설명할 수 있는 궤도 이상 현상이 있다고 발표한 후 MOND의 국지적 효과에 관심을 갖게 되었습니다.
궤도 이상 현상은 역사적인 발견으로 이어졌습니다. 해왕성은 근처 물체의 궤도에 대한 중력의 끌어당김을 통해 발견되었고, 수성의 작은 추진력은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 뒷받침하는 초기 증거를 제공했으며, 천문학자들은 최근 궤도 역학을 사용하여 은하수 중심에 초대질량 블랙홀의 존재를 추론했습니다.
브라운은 MOND의 예측이 Planet Nine을 찾는 원동력이 된 관찰과 일치하지 않을 수도 있다는 것을 깨달았습니다. "우리는 Planet Nine 가설을 뒷받침하는 데이터가 MOND를 효과적으로 배제할 수 있는지 알고 싶었습니다."라고 그녀는 말했습니다.
대신, Musser와 Brown은 MOND가 천문학자들이 관찰한 클러스터링을 정확히 예측했다는 사실을 발견했습니다. 그들은 수백만 년에 걸쳐 외부 태양계에 있는 일부 물체의 궤도가 은하수 자체의 중력장에 의해 정렬될 것이라고 믿습니다.
Mather는 "그들이 Planet 9 데이터 세트에 있는 물체의 궤도를 은하수 자체의 중력장과 비교했을 때 눈에 띄게 일치하는 것을 발견했습니다"라고 말했습니다.
저자는 현재 데이터 세트가 작으며 다른 가능성이 올바른 것으로 판명될 수 있다고 경고합니다. 예를 들어, 다른 천문학자들은 궤도의 특성이 관측 편향의 결과라고 믿습니다.
브라운은 "결과가 어떻든 이번 연구는 중력을 테스트하고 물리학의 근본적인 문제를 연구하기 위한 실험실로서 외부 태양계의 잠재력을 강조한다"고 말했다.