Konstantin Batygin, 아무도 본 적 없는 ‘제9행성’을 쫓는 천문학자

Konstantin Batygin

Photo: Christopher Michel / CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

출생	1986년 3월 23일 Moscow, Soviet Union
직업	천문학자, 행성과학자
수상	과학 및 공학 분야 파카드 펠로우십

가끔 누군가 콘스탄틴 바티긴에게 아홉 번째 행성이 실제로 있느냐고 묻는다. 그러면 그는 많은 과학자가 피하는 답을 내놓는다. 그 행성이 어딘가에 있다고 생각한다는 것이다. 그는 해왕성 너머에 숨은 천체가 있어야 할 위치와 아직 발견되지 않은 이유를 계산하는 데 거의 10년을 보냈다. 단 한 번의 충분히 깊은 관측 조사만으로도 그 연구가 선견지명으로 보일 수도, 어리석은 짓으로 보일 수도 있다는 사실을 알면서 말이다. 공개적으로 실패할 수도 있는 예측에 이름을 걸고 나서는 연구자는 드물다. 칼텍 행성과학 교수이자 록 밴드의 보컬인 바티긴은 그런 시선을 편안하게 받아들이는 듯하다.

그가 이 내기를 하기까지는 세 나라를 거치는 여정이 있었다. 바티긴은 모스크바에서 태어났다. 아버지 유리 바티긴은 가속기 물리학자로, 그의 연구 때문에 가족은 도쿄 외곽 와코로 이주했고, 그곳에서 리켄의 입자 가속기 시설과 인연을 맺었다. 어린 바티긴은 일본 공립 초등학교를 마쳤고 고주류 가라테를 수련했다.

1986년 3월 23일생인 바티긴이 13살이던 1999년, 가족은 캘리포니아주 모건힐에 정착했다. 그는 해변과 가까운 데다 자신이 속한 밴드 The Seventh Season에서 계속 활동할 수 있다는 점 때문에 캘리포니아대학교 산타크루즈를 선택했다. 2학년 때 천문학자 그레고리 러플린을 만나면서 두 사람은 태양계의 장기적인 역학적 진화를 함께 연구하기 시작했다. 태양계의 안정성을 다룬 학부 졸업 논문은 2008년 천체물리학 학위를 받을 때 로렌 스텍 상을 안겨줬다. 2012년 칼텍에서 행성과학 박사 학위를 받은 뒤 니스의 코트다쥐르 천문대와 하버드 이론·계산 연구소에서 박사후 연구원으로 일했다. 칼텍은 2014년 그를 조교수로 임용했고, 2019년 정교수로 승진시켰다.

아홉 번째 행성으로 대중에게 알려지기 전부터 그는 한 분야의 물리학을 다른 분야의 문제를 푸는 데 적용하는 연구자로 명성을 쌓았다. 2010년 데이비드 스티븐슨과 함께 전기적 저항에 따른 발열, 즉 이온화된 바람이 행성의 자기장을 통과하며 흐를 때 방출되는 열로 뜨거운 목성형 행성이 부풀어 오를 수 있음을 보였다. 2015년에는 러플린과 함께 초기 태양계에 항성 가까이 도는 행성들이 한때 존재했지만, 목성이 태양 성운을 지나 이동하는 과정에서 파괴됐다는 가설을 제시했다.

그러던 2016년 1월, 태양계 외곽에서 발견한 연구 성과로 명왕성이 행성 지위를 잃는 데 일조한 칼텍 천문학자 마이크 브라운과 바티긴은 《천문학 저널》(The Astronomical Journal)에 논문을 발표했다. 해왕성 너머의 먼 천체 몇 개가 같은 방향으로 모여 있는 궤도를 공유한다는 내용이었다. 두 사람은 지구 질량의 몇 배에 이르는 미지의 행성이 길고 늘어진 궤도를 돌고 있다는 설명을 내놓았다. 이후 두 사람은 이 가설을 계속 다듬었고, 2021년에는 질량이 지구의 약 6배인 천체가 가장 유력한 추정치로 자리 잡았다. 두 사람은 처음에는 즈위키 순간 탐사 시설(Zwicky Transient Facility), 이후에는 Pan-STARRS의 과거 관측 자료를 직접 조사했지만 행성을 찾지 못했다. 대신 그 행성이 여전히 숨어 있을 수 있는 하늘의 영역을 좁혀갔다.

늘 약점으로 지적돼 온 것은 증거의 기반이었고, 비판자들도 이 점을 파고들었다. 궤도 군집 현상은 극단적인 해왕성 바깥 천체 가운데 일부에 근거하며, 특정 시기에 하늘의 일부 영역만 관측할 수 있는 탐사는 실제로 존재하지 않는 패턴을 만들어낼 수 있다. 외태양계 기원 탐사(Outer Solar System Origins Survey)는 자체적으로 세심하게 보정한 표본에서 그런 군집을 발견하지 못했다. 2021년에는 미시간대학교의 케빈 네이피어가 이끄는 연구진이 해당 자료만으로는 궤도가 고르게 분포한다는 가능성을 배제할 수 없다고 결론 내렸다. 브라운과 바티긴은 관측 편향을 보정한 뒤에도 군집 현상이 99.6% 신뢰도에서 유의미하게 남았으며, 비판자들이 사각지대가 있는 탐사 자료에 의존했다고 반박했다. 논쟁의 밑바탕에는 타당한 우려가 있다. 새로운 천체가 발견될 때마다 질량과 궤도를 계속 수정하는 가설은 반박할 수 없는 주장처럼 보이기 시작할 수 있다. 바티긴은 자신을 곤란하게 만들 수도 있는 예측을 발표하는 방식으로 이에 대응해 왔다. 그 사례가 2024년 알레산드로 모르비델리, 브라운, 다비드 네스보르니와 함께 발표한 논문이다. 이 논문은 행성이 궤도 경사각이 낮고 해왕성 궤도를 가로지르는 천체들을 거대 행성 영역 안으로 계속 밀어 넣을 것이라고 예측했다.

아홉 번째 행성은 그의 연구를 대표하는 화제일 뿐, 전체 연구 가운데 대부분을 차지하지는 않는다. 2018년에는 슈뢰딩거 방정식으로 천체물리학적 원반의 진화를 모델링할 수 있음을 보였고, 주변 원반과의 자기적 결합이 목성과 토성이 분해 속도보다 훨씬 느리게 자전하는 이유를 설명한다고 제안했다. 2020년에는 모르비델리와 함께 어린 목성 주변에 붙잡힌 밀리미터 크기의 얼음 알갱이에서 갈릴레이 위성들이 형성됐다고 설명했다. 2023년에는 같은 연구진이 은하에서 가장 흔한 행성인 슈퍼지구가 좁은 암석 미행성 고리 안에서 성장하며, 태양계에 슈퍼지구가 없는 것은 태양계의 고리가 상대적으로 가벼웠기 때문이라는 주장을 내놓았다. 2025년에는 《네이처 천문학》(Nature Astronomy)에 프레드 애덤스와 함께 발표한 논문에서 목성의 작은 안쪽 위성인 아말테아와 테베의 궤도를 이용해 고체 물질이 처음 형성된 지 약 380만 년 뒤 목성의 모습을 재구성했다. 당시 목성의 반지름은 현재의 약 두 배였고 자기장은 오늘날보다 약 50배 강했다.

그의 최근 연구는 반대로 먼 미래를 내다본다. 2026년 바티긴과 짐 풀러, 애덤스는 《천체물리학 저널 레터스》(The Astrophysical Journal Letters)에 발표한 논문에서 죽어가는 태양이 간헐적으로 한쪽으로 치우친 질량 방출을 일으키면 백색왜성이 된 뒤 약 10억 년 안에 바깥쪽 행성들의 궤도가 불안정해질 가능성이 높다고 주장했다. 이는 앞선 추정치가 예상했던 것보다 훨씬 짧은 행성계의 수명이다. 같은 해 바티긴과 모르비델리는 케플러-36 주변에서 볼 수 있는 것과 같은 조밀한 궤도 공명을 장거리 행성 이동의 증거로 제시했다. 바티긴은 2026~27학년도에 칼텍에서 행성계 형성과 행성물리학 강의도 맡고 있다.

연구실 밖에서도 그는 여전히 The Seventh Season의 리드 싱어이자 기타리스트로 활동한다. 다큐멘터리 NOVA, 2019년 미니시리즈 The Planets, 그리고 How the Universe Works의 여러 에피소드에도 본인으로 출연했다. 포브스는 2015년 그를 과학 분야 ‘30세 이하 30인’에 선정했고, Popular Science는 2016년 ‘브릴리언트 10’ 가운데 한 명으로 뽑았다. 2017년에는 과학·공학 부문 패커드 펠로십을 받았다.

그가 기다려 온 검증은 이제 진행 중이다. 베라 C. 루빈 천문대는 2026년 10년간 진행되는 시공간 유산 탐사(Legacy Survey of Space and Time)에 착수했다. 남쪽 하늘을 깊이, 반복해서 관측하는 이 탐사는 지구보다 수백 배 먼 곳에서 희미하게 천천히 움직이는 행성을 포착하거나, 가설의 근거가 된 천체 군집이 애초에 실재하지 않았음을 보여줄 수 있다. 어느 쪽이든 바티긴의 대외적 삶을 규정해 온 논쟁은 결론을 맞게 된다. 앞으로 몇 년간 축적될 루빈 관측 자료가 그가 어떤 결론을 마주할지 결정할 것이다.

태그: 태양계, Caltech, Konstantin Batygin, Mike Brown, Planet Nine, 천문학자

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