[지금은 우주-영상] 지금까지 파악된 5천개 외계행성…그곳엔 무엇이

[아이뉴스24 정종오 기자] 올해 3월 21일까지 인류가 찾아낸 외계행성은 5천5개에 이른다. 미국 항공우주국(NASA) 아카이브에 등록된 외계행성 숫자이다. 시간이 갈수록 발견되는 외계행성은 더 많아질 것으로 보인다. 인류의 외계행성을 ‘찾는 눈’이 획기적으로 발전하고 있기 때문이다.

지금까지 찾아낸 외계행성이 무엇으로 구성돼 있는지, 대기권은 있는지, 액체 상태의 물이 존재하는지도 알아볼 수 있을 것으로 보인다. 오는 7월쯤에 본격 활동을 시작하는 제임스웹우주망원경(James Webb Space Telescope, 제임스웹)이 나선다.

제임스웹은 지난해 12월 25일 발사돼 현재 지구로부터 150만km 떨어진 라그랑주2(L2) 지점에 안착해 있다. 그동안 안정화 작업 등을 거쳤다.

사상 최대의 적외선 카메라를 장착한 제임스웹은 초점 정렬을 끝내고 본격 활동을 앞두고 있다. NASA는 26일(현지 시각) “제임스웹은 약 50광년 떨어진 두 개의 행성을 우선 파악하게 될 것”이라고 말했다. 두 행성은 용암 바다로 덮여있는 ‘55 Cancri e’와 대기가 없는 뜨거운 행성 ‘LHS 3844 b’가 대상이다. 두 행성은 초기 지구가 이들 행성과 같이 뜨거웠을 때 어땠을 지를 파악하는데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

우주에는 얼마나 많은 행성이 존재할까. 답은 아직 아무도 모른다는 데 있다. 확률적으로 계산은 가능하다. 우주에는 수천억개의 은하가 있다. 1개의 은하에는 수천억개의 항성이 있을 것으로 추정하고 있다. 항성에는 행성이 공전하고 있을 것으로 예상돼 우리 은하에만 최소한 수천억개 이상의 행성이 존재할 것이란 확률이 존재하는 셈이다.

그동안 찾아낸 외계행성은 여러 방법을 통해 규명했다. 시선속도(radical velocity), 행성이 항성 앞을 통과할 때의 표면통과(transit), 직접 이미지로 찍은 것(imaging), 미시중력렌징(microlensing) 기술 등이다.

시선속도 측정이란 별은 주변 행성의 중력에 영향을 받아 조금씩 움직인다. 별이 지구 쪽으로 다가오면 파장이 짧은 파란색을 띠고, 멀어지면 파장이 긴 붉은색을 나타낸다. 이 현상이 반복적으로 나타난다면 행성의 존재를 확인할 수 있다.

지금까지 파악된 5천5개중 3천846개의 행성은 이른바 ‘표면통과(transit)’로 찾아냈다. 케플러우주망원경의 역할이 컸다. 이 방법은 거대한 항성 앞을 작은 행성이 통과할 때 빛의 세기가 줄어들었다가 다시 증가하는 것을 확인하는 방법이다. 예컨대 지구에서 봤을 때 태양 앞을 수성이 지나가면 그만큼 태양 빛은 줄어든다. 이 빛의 변화가 주기적으로 확인되면 항성을 공전하는 행성이 있다는 것을 의미한다.

미시중력렌즈는 아인슈타인이 일반상대성이론에서 예측한 것으로 중력이 큰 천체가 있으면 시공간이 휘면서 뒤에 있는 천체의 빛도 굴절돼 마치 렌즈로 확대한 듯 볼 수 있다는 것을 의미한다. 마이크로중력렌즈 효과를 이용하면 지구에서는 보이지 않는 행성의 존재도 찾아낼 수 있는 셈이다.

그동안 NASA와 유럽우주기구(ESA) 등은 스피처, 케플러, TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite), 8.4m 망원경 두 대가 쌍안경처럼 붙어있는 ‘거대 쌍안 망원경’ 등으로 외계행성을 찾아냈다. 2020년대 후반에는 ‘낸시 그레이스 로만 우주망원경’이 나선다.

낸시 그레이스 로만 우주망원경은 표면통과 뿐 아니라 마이크로중력렌징 기술까지 갖췄다. 여기에 항성의 밝은 빛을 인위적으로 차단하는 기술까지 겸비한다. 지나치게 밝은 항성이 빛 때문에 행성을 찾아내는데 어려움이 있었던 장애물이 사라지는 셈이다.

NASA 측은 “낸시 그레이스 로만 우주망원경 시대가 펼쳐지면 지금까지 찾아내지 못한, 우리 태양계 근처에 지구를 닮은 행성을 찾아낼 수 있을 것”이라고 설명했다.

행성을 찾아냈다고 해서 이 행성이 모두 지구와 같을 것이란 생각은 버려야 한다. 이른바 ‘생명가능지역(Habitable Zone)’은 따로 있다. 생명가능지역은 항성으로부터 적당한 거리(적절한 온도)에 있고, 암석으로 이뤄져 있으며, 액체 상태의 물이 있어야 한다.

항성의 종류도 여러 가지이다. O, B, A, F, G, K, M으로 표기하는데 표면 온도가 뜨거운 것에서 차가운 순서에 따라 7개로 구별한다. 우리 태양은 G 항성이다. K와 M 항성은 태양보다 작으면서 빛의 세기도 약하다.