인류보다 앞선 문명을 지닌 외계인은 SF 영화나 소설의 단골 소재다. 하지만 지금까지 과학자들은 지적 외계인은 고사하고 아주 단순한 외계 미생물조차 증명하지 못했다. 과학자들은 지난 수십 년간 지적 외계인이 증거가 될 수 있는 전파 신호를 찾아 헤맸지만, 특별한 성과를 거두지 못했다. 외계 문명의 증거를 찾는 과학자들은 계속해서 우주의 신호를 분석하는 한편 새로운 돌파구를 찾기 위해 노력하고 있다. 나사 고다드 우주 비행 센터의 라비 코파라푸와 그 동료들은 대표적인 대기 오염 물질 중 하나인 이산화질소(NO2)가 외계 문명의 단서가 될 수 있다고 주장했다. 연구팀이 천체물리학 저널 (Astrophysical Journal) 발표한 내용에 따르면 여러 가지 대기 오염 물질 가운데 이산화질소만이 가진 몇 가지 장점이 있다. 대기 오염 물질 중 오존층 파괴 물질인 염화불화탄소 (CFCs, 프레온 가스) 같은 경우 자연적으로는 거의 존재하지 않는 인공 유기 화합물이기 때문에 대기 중에서 검출한다면 외계 문명의 강력한 증거가 될 수 있다. 하지만 현재 관측 기술로는 관측이 힘들 뿐 아니라 해당 외계 문명이 프레온 가스를 사용하지 않을 가능성도 있다. 어쩌면 이 외계 행성에서도 오존층 파괴 문제로 사용금지 됐을 수 있기 때문이다. 이산화질소는 내연 기관의 연소 과정과 여러 산업 제조 과정에서 생산되는 물질로 해당 외계 문명이 산업화 과정을 거쳤다면 대기 중 상당량이 남아 있을 가능성이 크다. 물론 자연적으로도 생성된다는 단점이 있으나 지구처럼 이론적으로 예상되는 것보다 훨씬 많은 양이 이산화질소가 포착된 외계 행성이 있다면 산업 활동의 징후로 의심할 수 있다. 이산화질소의 존재는 외계 행성이 모항성 앞을 지날 때 대기를 통과한 빛의 스펙트럼을 분석하면 확인할 수 있다. 물론 외계 행성의 대기 스펙트럼을 분석하는 일은 매우 어려운 일이다. 특히 목성처럼 큰 가스 행성이 아니라 지구와 비슷한 크기의 작은 외계 행성인 경우 더 어렵다. 행성이 아무리 밝아봐야 별 밝기의 수십억 분의 1에 불과하기 때문이다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 현재 발사 예정인 제임스 웹 우주 망원경이나 다른 차세대 망원경을 사용하면 가능성이 있다는 결과를 얻었다. 다만 30광년 이내에 있는 태양 비슷한 별 주변을 공전하는 지구 비슷한 외계 행성의 대기에서 이산화질소를 검출하기 위해서는 400시간 정도 관측이 필요하다. 차세대 우주 망원경은 중요한 관측 목표가 매우 많아서 외계 행성 하나에 이렇게 많은 시간을 할애하기가 쉽지 않다. 따라서 관측 목표를 매우 신중하게 결정할 필요가 있다. 실제 관측에 들어가기 전에 실제로 정확하게 이산화질소의 양을 측정할 수 있도록 관측 모델도 정교하게 가다듬어야 한다. 당장 관측이 가능하진 않겠지만, 연구팀은 앞으로 더 정교한 3D 모델을 만들 계획이다. 이런 연구를 통해 언젠가는 외계 생명 혹은 문명의 징후를 지닌 행성을 실제로 찾게 될 날이 올지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com  

우주만큼이나 오래된 별들의 집단인 성단 속에 숨어 있던 어두운 비밀이 들추어졌다. 지구로부터 7800광년 거리에 있는 NGC 6397 성단이 그 중심부에 수많은 작은 블랙홀들을 품고 있다고 한 새로운 연구가 밝혀냈다. 연구자들은 NASA의 허블 우주망원경과 유럽우주국(ESA)의 가이아 위성을 이용해 NGC 6397 소속 별들의 움직임을 분석한 결과, 이 성단의 중심부에 성단 총질량의 0.8~2%에 이르는 '중심 암흑 성분'이 있다는 추정에 도달했다. 이 추정 물질이 보이는 특성은 중간질량 블랙홀과 일치한다. 중간질량 블랙홀이란 크기가 별이 붕괴한 후에 생기는 항성 블랙홀보다는 크고 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀보다는 작은 중간급의 블랙홀을 일컫는다. 그러나 중간질량 블랙홀이 형성되는 과정은 아직까지 명확게 밝혀지지 않은 상태이며, 다만 매우 거대한 항성의 중력붕괴에 의해 형성된 항성 블랙홀의 일종으로 여겨지고 있다. 또한 지금까지 중간질량 블랙홀의 후보들이 몇 개 발견되었을 뿐이며, 이번에 발견된 NGC 6397 속의 암흑성분은 그 후보 명단에 올라 있지 않은 것이다. 프랑스 파리 천체물리학연구소의 저자 에두아르도 비트랄과 가리 마몬은 "확산된 암흑성분의 유효 반경이 작기 때문에 그것이 조밀한 별(백색 왜성과 중성자별)과 항성질량 블랙홀로 구성되어 있음을 시사한다"고 밝혔다. 이어 "항성질량 블랙홀은 성단에서 25% 이상 벗어나지 않는 한도 내에서 확산된 암흑성분의 질량을 지배해야 한다"고 덧붙였다.  비트랄은 중심핵의 밀도가 유달리 높은 성단의 한 유형을 언급하며 "우리 연구는 중심핵 붕괴 구상성단의 중심에 있는 블랙홀 집단의 질량과 범위에 대한 정보를 모두 제공하는 최초의 연구"라고 설명했다.  새로운 연구는 지구에서 가장 가까운 구상성단 중 하나인 NGC 6397을 훨씬 먼 성단의 연구에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 밀집된 블랙홀들은 중심핵 붕괴 성단의 일반적인 특징으로, 이러한 별들의 집단은 레이저 간섭계 중력파 관측소에서 감지 된 중력파의 뚜렷한 소스일 수 있다. 자세한 연구결과는 '천문학과 천체물리학' 저널 2월 11일자 온라인판에 게재됐다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지난해 초신성 폭발 임박설로 관심을 모았던 오리온자리 알파별 베텔게우스의 밝기가 갑자기 줄어들었던 이유는 이 별에서 방출한 대량의 먼지구름 탓으로 실제 폭발까지는 10만 년 이상 남았다는 연구 결과가 나왔다. 호주국립대 메리디스 조이스 박사가 주도한 국제연구진은 항성 진화와 맥동의 유체역학(베텔게우스는 크기와 밝기가 변하는 맥동변광성) 그리고 별의 지진(성진)의 이론적 계산을 사용해 베텔게우스의 밝기 변화 여부를 분석했다.그 결과 현재 베텔게우스는 수소의 핵융합이 마무리되고 있으며 그 핵융합의 생성물로서 중심핵에 쌓인 헬륨을 통한 2단계 핵융합이 시작되고 있는 것으로 나타났다. 이는 이 별의 핵이 약 1억℃에 도달했을 때 일어나는 것으로 3개의 헬륨 핵이 충돌하고 융합해 탄소 핵을 형성한다. 이 연소 과정이 끝나는 언젠가 중심핵은 붕괴, 초신성 폭발을 일으켜 성간 공간에 먼지와 가스가 있는 영역인 성운을 생성하는 것이다. 하지만 이런 초신성 폭발이 일어나기까지의 시간은 아직 10만 년 이상 남아있다고 연구진은 결론지었다.138억년에 걸친 우주의 시간 규모로 따지면 10만 년 뒤는 내일 같은 것이지만, 안타깝게도 지금 사람들은 목격할 수 없다. 또 베텔게우스의 맥동 구조는 ‘카파 메커니즘’(kappa-mechanism)이라는 현상에 의해 작동해 185(±13.5)일과 400여일이라는 2가지 주기로 밝게 빛나거나 어두워지는 것으로 확인됐다. 게다가 지난해 초 대폭적인 밝기 감소는 별이 맥동하는 움직임과 함께 별에서 방출된 대량의 먼지구름이 관계하고 있는 것도 시사됐다. 베텔게우스의 크기는 지금까지 태양계에 둘 경우 목성 궤도까지의 거리보다 더 큰 반지름으로 여겨졌다. 태양과 목성까지의 평균 거리는 약 7억8000만㎞다. 하지만 이번 연구에서는 베텔게우스의 반지름이 태양 반지름(약 69만㎞)의 약 750배(약 5억2000만㎞)로 기존 연구에서 추정되던 반지름의 3분의 2 정도 크기인 것으로 나타났다. 이처럼 별의 물리적 크기를 알면 지구로부터의 거리도 정할 수 있다. 지금까지는 약 640~700광년으로 추정해왔지만 태양 반지름의 약 750배임을 고려하면 530광년으로 이는 기존에 알려진 것보다 100광년 이상(약 20~25%) 가까운 것이다. 이에 따라 100광년이나 가까운 경우라면 10만년 뒤라고 해도 실제로 베텔게우스가 초신성 폭발을 일으켰을 때 지구가 위험에 노출될 확률이 높아진다는 우려가 나오지만, 먼 미래 폭발한다고 해도 지구에는 큰 영향이 없다고 연구진은 말했다.베텔게우스는 초신성 폭발을 일으킬 것으로 여겨지는 후보들 가운데 지구와 가장 가까운 거리에 있어 앞으로도 얼마 동안은 매우 중요한 연구 대상이 될 것이다. 폭발 전 어떤 일이 일어나는지 연구할 중요한 기회를 줄 것이라고 연구진은 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘천체물리학저널’(ApJ·Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국에서 두 고등학생이 새로운 외계행성 4개를 발견하는데 큰 성과를 세워 천문학계의 찬사를 받고 있다. 이번 발견으로 이들 학생은 최연소 천문학자로도 불리고 있다. 2일(현지시간) 미국 뉴욕포스트 등 외신에 따르면, 카르틱 핑글레(16)와 재스민 라이트(18)라는 이름의 두 학생은 미 하버드·스미스소니언 천체물리학센터(CfA)의 학생 연구 멘토링 프로그램(SRMP)에 참여해 멘토의 도움으로 새로운 행성들을 발견할 수 있었다.매사추세츠주에 있는 두 고등학교에 각각 다니고 있는 이들 학생은 매사추세츠공과대(MIT) 카블리천체물리학우주연구소의 탄수 데일란 박사와 함께 지난 1년간 미 항공우주국(NASA)의 우주망원경 ‘테스’(TESS)의 관측자료를 연구·분석했다. 두 학생은 ‘멘토’ 데일란 박사와 함께 지구에서 약 200광년 거리에 있는 외계항성 TOI-1233을 대상으로 오랜 시간 연구한 끝에 이 별 주위를 공전하는 행성 4개를 발견했다. TOI-1233라는 이름은 TESS가 발견한 천체들 가운데 행성을 거느릴 가능성이 큰 관심 천체(OI·Object of Interest) 중 1233번째(1233)라는 뜻에서 이런 약칭이 붙었다. 핑글레 학생은 “우리는 시간이 지남에 따라 항성의 빛 변화를 관찰하고 싶었다. 만일 어느 행성이 항성 앞을 지나간다면 주기적으로 항성을 가려 그 밝기를 줄일 것”이라고 말했다. 두 학생은 이 항성을 탐색하는 동안 적어도 1개의 행성을 찾길 바랐기에 총 4개의 행성을 발견했을 때 기쁨에 휩싸였다. 라이트 학생은 “놀라지 않을 수 없었다. 우리는 이들 행성이 데일란 박사의 연구 목표라는 것을 알고 있었지만 실제로 다중 행성계를 발견하고 팀의 일원이 됐다는 점은 정말 멋졌다”고 말했다.새로 발견된 행성들 가운데 3개는 가스형 행성이지만, 태양계에 있는 해왕성보다 작은 미니 해왕성으로 여겨진다. 이들은 이들 행성을 관찰하는 동안 각각의 행성이 최소 6일부터 최대 19.5일마다 항성 주위를 한 바퀴 공전하는 것을 알아냈다. 반면 네 번째 행성은 크기가 큰 암석형 행성이라서 슈퍼지구로 분류되며 4일 안에 항성 주위를 한 바퀴 공전하는 것으로 나타났다. 두 학생과 함께 공동집필한 연구 논문을 지난주 ‘천문학 저널’(The Astronomical Journal) 최신호에 발표한 데일란 박사는 두 젊은 연구자와 함께 일한 것은 서로에게 윈윈이었다고 말했다. 그는 “연구자로서 실험과 교육에 개방적이어서 최소한의 편견을 지닌 이들 젊은 두뇌와 함께 연구하는 것이 정말 즐거웠다. 이들 학생 역시 최첨단 연구방식을 경험하게 돼 연구 경력을 빠르게 준비할 수 있어 매우 유익하다고 생각한다”고 말했다. 한편 두 학생의 앞날도 창창한 것으로 전해졌다. 후배 핑글레는 졸업 뒤 응용수학이나 천체물리학 전공을 고려하고 있고 선배 라이트는 최근 스코틀랜드 에든버러대의 천체물리학과에 합격한 것으로 알려졌다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인류는 태양계의 유일한 항성인 '에너지의 원천' 태양을 연구하기 위해 여러 탐사선을 보냈다. 이들 탐사선은 태양 그 자체를 관측하기도 하지만 여기에서 나오는 물질을 지속적으로 관측하면서 지구와 우주에 미치는 영향을 연구해왔다. 그러나 때로는 인류의 두 눈으로는 직접 볼 수 없는 흥미로운 사진을 보내와 인류 관점의 지평을 넓혀주기도 한다. 지난 26일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 총 3대의 태양 탐사선이 보내온 태양계 행성들의 사진을 공개해 관심을 끌었다. 또다른 관점에서 '우리'의 모습을 볼 수 있는 이 사진을 보면 우주의 신비로움을 넘어 경외감 마저 자아낸다. 먼저 지구는 물론 금성과 화성의 모습이 나란히 보이는 첫번째 사진은 지난해 11월 18일 유럽우주국(ESA)이 쏘아올린 태양탐사선 ‘솔라 오비터’(SolO·Solar Orbiter)가 촬영한 것이다. 지난해 2월 NASA와의 합작으로 발사된 솔라 오비터는 촬영 당시 지구에서 약 2억5000만㎞ 거리에서 이 사진을 찍었다. 사진을 보면 금성과 지구, 화성은 태양빛을 받아 마치 별인 양 아름답게 빛난다.두번째 사진은 지난해 6월 7일 NASA의 태양탐사선 ‘파커 솔라 프로브’(Parker Solar Probe)가 5번째로 태양을 근접비행(flyby)하며 촬영한 것이다. 당시 파커 탐사선은 광시야 이미지 장비인 WISPR로 2개의 이미지 프레임 안에 수성, 금성, 지구, 화성, 목성 그리고 토성까지 태양계 여섯 행성의 모습을 담아냈다.마지막 사진은 NASA의 태양관측 위성인 스테레오(STEREO)가 지난해 6월 7일 촬영한 것으로 역시 태양계 6개 행성을 담아내 파커 탐사선과는 또다른 관점을 제공한다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우리은하의 가장 오래된 별들이 존재하는 곳에서 슈퍼지구가 발견됐다. 미국 캘리포니아대 리버사이드캠퍼스 연구진은 하와이 켁 망원경을 사용해 은하의 두꺼운 원반(thick disk) 안에 있는 태양형 항성 ‘TOI-561’ 주위에서 슈퍼지구를 발견했다고 저명한 천문학 분야 학술지 ‘천문학 저널’(AJ·The Astronomical Journal) 최신호(11일자)에 발표했다. TOI-561라는 항성 이름은 2018년 4월 발사된 뒤 관측 임무를 수행하고 있는 미 항공우주국(NASA) 우주망원경 ‘테스’(TESS)가 발견한 천체들 가운데 행성을 거느릴 가능성이 높은 관심 천체(OI·Object of Interest) 중 561번째(561)라는 뜻에서 이런 약칭이 붙었다.지구에서 약 280광년 떨어진 이 항성에서는 지금까지 총 5개의 행성이 발견됐으며 이중 항성에서 가장 가까운 약 158만㎞(약 0.01055AU) 떨어진 곳에서 발견된 TOI-561 b가 바로 지구보다 약 1.5배 큰 암석형 행성이어서 슈퍼지구로 분류된 것이다. 슈퍼지구의 기준은 지구보다 크지만 그 지름이 지구의 1.75배 이하이고 질량은 2~10배 정도인 암석형 행성을 말한다. 공전 주기가 반나절(0.4일)도 채 안 되는 이 행성은 항성과의 거리가 가까운 영향 등으로 평균 표면 온도가 약 1700°C에 달해 생명체는 살 수 없으리라 추정된다.하지만 이번 발견은 이와 같은 지구형 행성들이 약 100억 년 전 두꺼운 원반 안에서 형성된 항성들 중에서 나타났다는 것을 시사한다. 이는 약 50억 년 전 지구가 생겨나고 약 20억 년이 지나 최초의 생명체가 태어났다는 점을 고려하면 이보다 훨씬 오래전 이런 고대 행성에서 생명체가 출현했을 가능성도 충분하다는 점을 보여주는 것이다. 이에 대해 연구에 참여한 스티븐 케인 지구·행성과학과 교수는 “행성 내부에 관한 정보는 우리가 아는 것처럼 이런 행성의 표면에 생명체가 살 수 있는지를 우리에게 알려준다”고 말했다. 케인 교수는 또 “이 특별한 행성에는 현재 생명체가 살 것 같지 않지만 이번 발견은 우리은하의 가장 오래된 별들 주변에 아직 발견되지 않은 많은 암석형 행성이 있다는 점을 시사한다”고 설명했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

“외계인이 보낸 인사? (중략) 4.2광년 행성계에서 날아온 의문의 전파.” “지구서 가장 가까운 4.2광년 밖 행성계서 외계인 신호?” 지난주 국내 언론들이 보도했던 뉴스의 제목이다. 외계 문명에서 나온 것일지 모르는 전파가 관측됐다는 내용이다. 발단은 지난 18일 영국 가디언의 기사. “외계인을 찾고 있는 과학자들, ‘가까운 별에서 온’ 전파 빔을 분석하다.” 이에 따르면 ‘태양계에서 가장 가까운 별’은 4.2광년 떨어져 있는 알파 센타우리다. 이 붉은 난쟁이별 주위에는 ‘만일’ 물이 존재한다면 액체 상태를 유지할 수 있는 적당한 거리에서 행성 프록시마b가 공전하고 있다. 이 방향에서 온 듯한 전파가 지난해 4, 5월 호주의 파크스 천문대에서 관측됐다. 원래 이런 것은 거의 전부 인류 문명의 산물이거나 자연현상이다. 하지만 파장이 980메가헤르츠 안팎이라는 좁은 대역에 집중돼 있으며, 발신 방향에 프록시마b가 포함되고, 센타우리 주변을 공전하는 물체에서 온 것이라면 설명하기 쉬운 파장의 이동이 있었다. 이를 분석한 미국 UC버클리 연구팀이 논문 발표를 준비 중이다. 논조는 신중하지만 가디언과 사이언티픽아메리칸이 중점 보도한 사실 자체가 파장을 키웠다. 그러자 지난 21일 이 분야의 원조이자 당사자인 외계지능탐사(SETI) 연구소에서 찬물을 끼얹는 발표를 했다. 제목은 ‘프록시마 센타우리에서 인사차 신호를 보낸 것일까? 그럴 리가(Not Really)!’. 이에 따르면 파크스에 잡힌 신호는 지구에서 나온 것일 가능성이 가장 크다. 우리가 일상적으로 사용하는 전파가 간섭을 일으키기 때문이다. 20만 광년에 걸친 우리 은하계 내에 생명이 존재할 수도 있는 (엄마 별과 적절한 거리에서 공전하는) 행성은 3억개에 이른다. 그런데 하필 지구와 프록시마b라는 두 문명이 같은 시기에 같은 기술을 사용 중이라면 놀라운 우연이 아닐 수 없다. 이번 전파가 외계 출신이 아니라는 사실은 곧 밝혀질 것이다. 사실 천문학자의 대다수는 외계에 지능이 발달한 생명체가 있다고 생각하고 있다. 그중에는 전파를 이용할 정도로 발전한 외계 문명도 존재할 것이다. 1992년 SETI 계획이 출범한 배경이다. 2016년부터는 실리콘밸리의 부자가 1억 달러를 기부해 10년 계획의 ‘브레이크스루 리슨’(Breakthrough Listen) 프로젝트를 시작했다. 가까운 은하 100곳에서 오는 메시지를 포함해 지구 근처의 별 100만개를 중점 탐사한다. 앞서의 호주 천문대 관측과 미국측 분석도 이 프로젝트의 하나다. 그렇다면 별과 별 사이에 통신할 수준에 이른 문명이 우리 은하계에 얼마나 될까. 영국의 천문학자 프랭크 드레이크는 이를 계산하는 식을 만들었다. ‘드레이크 방정식’의 변수는 7개다. 이 중 6개까지의 계산은 확률 추정으로 간단하게 나온다. 우선 우리 은하에 있는 별의 숫자를 추정(4000억개)한다. 여기에 별이 행성(5개 정도)을 거느리고(확률 10%), 그 행성에서 생물이 살기에 적합해(10%) 생명이 탄생하고(10%), 지능이 진화해(1%) 항성 간 통신기술을 개발할 확률(10%)을 곱하면 된다. 그 결과 200만개라는 계산이 나온다. 그러나 이 중 대부분은 우리 은하계 탄생 이래 130여억년이 흐르는 동안 멸망했을 것이다. 여기서 중대한 질문이 나온다. 기술이 발달한 종은 얼마나 오래 살아남는가? 평균 1000만년이라면 현재 그런 문명이 2000개 정도 존재할 것이다(200만개×1000만년/100억년). 존속 기간이 1만년이라면 2개로 줄어든다. 일곱째 변수의 값을 매기는 것은 결국 우리 자신이 얼마나 오래 살아남을 것인가 하는 문제와 직결된다. 지난 20세기는 ‘과학의 세기’ 이자 ‘인류 역사상 가장 폭력적인 세기’로 꼽힌다. 오늘날 핵무기를 보유한 나라는 9곳이며 총량은 1만 3000기가 넘는다. 미국은 4050기 중 1750기를, 러시아는 4805기 중 1570기를 즉시 발사 가능한 상태로 실전 배치 중이다(스톡홀름국제평화연구소 2020). 78억 인류를 몇 차례 멸절시키고도 남을 숫자다. 외계 문명이 현시점에서 드레이크 방정식으로 지구 인류를 들여다본다면 앞으로 얼마나 존속하리라고 볼까. 1000년? 1만년?

​무거운 별일수록 수명은 짧아진다 별이 영원의 상징처럼 보이는 것은 그 장대한 수명 때문이다. 인간은 기껏 살아야 100년을 못 넘지만, 태양 같은 별은 100억 년을 거뜬히 산다. 별은 질량이 작을수록 오래 살 수 있다. 무거운 별은 중심핵의 압력이 매우 커서 수소를 작은 별보다 훨씬 빨리 태우기 때문에 질량이 큰 별일수록 수명은 기하급수적으로 짧다. 대략 질량이 태양의 5배, 10배 정도인 별은 수명이 길어야 1억 년, 짧으면 3000만 년이다. 하지만 질량이 태양의 반이면 500억 년 이상, 10분의 1 정도이면 5000억 년이나 빛날 수 있다. 적색왜성처럼 질량이 작은 별은 연료를 매우 느리게 태우므로 수백억 년에서 수천억 년까지 산다. 인간의 척도로 보면 거의 영원이라 할 만하다. 우리은하 내 별들의 나이는 대부분 1억 살에서 100억 살 사이이다. 일부 별은 우주의 나이와 비슷한 137억 살에 근접하기도 한다. 현재까지 우주에서 가장 나이 많은 별로 밝혀진 것은 136억 살이 넘는 7.2등급 므두셀라(Methuselah)라는 별이다. 공식 명칭이 HD 140283으로 불리는 이 별은 처녀자리와 전갈자리 사이에 자리잡은 황도 제7자리인 천칭자리 방향으로 약 190광년 거리에 있다. 표면온도가 약 5500℃로 태양과 거의 비슷한 이 별은 현재 초속 169㎞의 속도로 지구 쪽으로 가까워지고 있으며, 동시에 우리은하 속을 초속 361㎞의 속도로 이동하고 있다. 이 별을 항성에 포함된 금속의 양과 표면온도 수치로 계산한 결과, 미국항공우주국(NASA)은 우주 초창기에 형성된 최고령의 이 별에 성경에서 가장 장수한 인물로 나오는 므두셀라를 가져와 ‘므두셀라 별'(Methuselah star)이라는 별명을 붙였다. 별의 색깔과 구성 원소비 분석으로 나이 측정그렇다면 천문학자들은 이 같은 별의 나이를 대체 어떻게 알아내는 걸까? 과학적으로 별의 나이를 측정하는 방법은 크게 두 가지가 있다. 별의 색을 분석하는 방법과 별빛의 스펙트럼을 분석하는 방법이 그것이다. 별의 색은 붉은색을 띠는 것일수록 온도가 낮으며, 무거운 원소를 많이 포함하고, 나이가 많은 것으로 해석된다. 푸른색은 그 반대다. 별은 태어난 처음에는 청색 계열의 색상을 지니고 있지만, 늙어감에 따라 점차 흰색, 황색, 주황색, 붉은색 순으로 바뀐다. 항성이 태어날 때의 구성비는 대체로 70%의 수소, 28%의 헬륨, 그리고 나머지 2%는 헬륨 이후의 중원소로 되어 있다. 무거운 원소의 비율은 통상적으로 항성 상층부 대기 내에 포함된 철의 함유율로 표시하는데, 이는 철이 상대적으로 흔한 원소이자 스펙트럼상의 흡수선이 강하게 나타나서 측정하기 쉽기 때문이다. ​별의 분류에는 매우 뜨거운 O형부터 상층 대기에 분자가 생성될 수 있을 정도로 차가운 M형까지 스펙트럼에 따라 항성을 나누는 여러 기준이 있다. 가장 많이 쓰이는 분류 기호는 O, B, A, F, G, K, M으로, 표면 온도가 뜨거운 것에서 차가운 순서에 따라 7개로 구별한 것이다. 우리 태양은 G2형의 노란색 별이다. 스펙트럼 분석법은 별의 구성성분을 통해 나이를 분별하는 방법이다. 생성된 후 얼마 지나지 않은 별에는 수소(H) 성분이 많고, 시간이 흐르면 헬륨 성분이 많아진다는 점을 고려한 것이다. 특히 산소나 철, 칼슘, 규소 등 산소보다 무거운 원소들의 존재가 다량 확인된다면 이는 사실상 생명이 거의 다해가는 별이라고 할 수 있다. 별의 최후는 그 질량에 따라 나누어지는데, 태양처럼 작은 별은 백색왜성으로 짜부라드는 반면, 태양보다 10배 이상 무거운 별은 장대한 초신성 폭발로 생을 마감한다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우리 은하에서 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성이 3억 개에 달한다는 연구결과가 나왔다. NASA 에임스연구센터, 고다드우주비행센터, 외계지적생명체탐사(SETI) 연구소, 캐나다 브리티시컬럼비아대 연구진 등 5개국 44개 연구기관 전문가로 구성된 국제공동연구진은 우리 은하 내에 인류를 포함한 생명체가 잠재적으로 거주할 수 있는 행성은 약 3억 개에 달하는 것으로 보인다는 보고서를 발표했다. 보고서에 따르면 이중 일부는 태양계에서 30광년 이내에 있으며, 대부분이 일명 골디락스 존(행성이 지구와 유사한 조건을 가지고 있어 물과 생명체가 존재할 수 있는 항성 주변의 구역) 에 존재한다. 이번 연구는 2009~2018년 우주에서 활동한 케플러우주망원경의 데이터를 이용했다. 케플러우주망원경은 지구와 유사한 환경을 가진 외부행성을 찾기 위해 우주로 발사된 망원경으로, 9년 동안 항성(별) 53만 506개, 행성 2662개를 발견하는 성과를 거뒀다. 연구진은 케플러우주망원경의 데이터 중 지구와 유사한 크기를 가지고 있으면서 동시에 바위가 많은 암석 행성을 우선적으로 골라냈다. 이후 태양과 생성시기가 비슷하고 지구 온도와 유사할 것으로 추측되는 행성을 추가적으로 추려냈다.일반적으로 인간을 포함한 생명체가 존재하기 위해서는 액체 상태의 물이 존재해야 하며, 이러한 조건을 모두 포함하는 행성은 우리 은하계 내에 약 3억 개 정도라는 결론에 도달했다. 케플러가 9년간 수집한 데이터는 여전히 분석 중인 가운데, 국제공동연구진은 이번 결과가 비교적 보수적인 수치라고 설명했다. 연구진은 “이번 결과는 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성의 개수와 관련한 최종 결과와는 다소 거리가 있다”면서 “이 행성들 중 일부의 온도를 추정해 실제로 액체 형태의 물이 존재할 수 있는지를 확인한다면 생명체 존재 가능성을 알아보는데 더욱 도움이 될 것”이라고 기대했다. 자세한 연구결과는 미국 코넬대에서 운영하는 출판 전 논문공개 사이트인 아카이브(arXiv.org)에 실렸으며 곧 천문학 분야 국제학술지 ‘천문학 저널’에 실릴 예정이다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

한 쪽에서는 출산율 저하를 걱정하고 있지만 지구 전체로 본다면 인구는 점점 늘어나고 있는 상황이다. 인간의 욕심으로 지구 생태계와 환경은 점점 망가지고 있어 SF영화 ‘인터스텔라’처럼 인류가 이주가능한 외계천체가 필요한 시기가 오는 것 아니냐는 목소리가 높아지고 있다. 과학자들도 ‘호기심 반, 실현가능성 반’으로 외계 이주 가능 행성을 찾고 있다. 그런데 최근 우주과학자들이 우리 은하계 내에 인간이 잠재적으로 거주가능한 행성이 상당히 많다는 연구결과를 내놔 주목받고 있다. 미국 항공우주국(NASA) 에임스연구센터, 고다드우주비행센터, 외계지적생명체탐사(SETI) 연구소, 캐나다 브리티시컬럼비아대 물리천문학부를 중심으로 미국, 캐나다, 덴마크, 영국, 브라질 5개국 44개 연구기관 연구자로 구성된 국제공동연구팀은 나사에서 운용하고 있는 케플러 우주망원경에서 수집한 데이터를 분석한 결과 우리 은하 내에 인간이 잠재적으로 거주할 수 있는 행성이 약 3억개에 이르며 일부는 태양계에서 30광년 이내에도 있다고 31일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 미국 코넬대에서 운영하는 출판 전 논문공개 사이트인 아카이브(arXiv.org) 29일자에 실렸으며 곧 천문학 분야 국제학술지 ‘천문학 저널’에 실릴 예정이다. 케플러 우주망원경은 지구와 유사한 환경을 가진 외계행성을 찾기 위해 2009년 발사돼 2018년 11월 15일 임무를 종료했다. 케플러 우주망원경은 9년 동안 2662개의 행성을 발견했고 항성(별) 53만 506개, 초신성 61개를 찾아냈다. 케플러 우주망원경으로 탐사한 행성들은 아직도 분석 중에 있다.연구팀은 합리적 추정을 위해 우선 지구와 비슷한 크기이면서 암석 행성일 가능성이 높은 것들을 골라냈다. 그 다음 태양과 비슷한 생성시기를 갖고, 비슷한 온도를 갖고 있는 것들을 추려냈다. 사람이 살기 위해 중요한 조건 중 하나인 액체 상태의 물이 존재하기 위해서는 태양과 지구와 관계처럼 항성과 적당한 거리를 두고 암석형태의 행성이어야 하기 때문이다. 이를 근거로 추정한 결과 우리 은하 내에 생명체가 생존가능한 행성은 약 3억개 정도이며 태양으로부터 30광년 떨어져 있는 가까운 곳에도 10개 이내의 거주 가능한 행성이 존재한다고 연구팀은 주장했다. 이번 연구에 공동저자로 참여한 제프리 코린 SETI 연구소 외계행성연구원 겸 나사 케플러 과학국장은 “은하계에 잠재적으로 거주할 수 있는 행성의 숫자를 신뢰성 있게 측정하기 위해 그동안 연구됐던 모든 조각들을 찾아 합친 것”이라며 “거주 가능성 뿐만 아니라 의사소통이 가능한 우주 외계문명의 숫자를 추정하는데도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

존재하는 모든 것에는 종말이 있다. 태양도 예외는 아니다. 약 46억 년 전에 태어난 태양은 별의 일생으로 치자면 그 중간 지점에 와 있다. 태양은 앞으로 약 50억 년 정도 지금과 같은 모습으로 활동할 것으로 보인다. 이것은 태양에 남아 있는 수소의 양으로 계산한 결과다. 태양이 종말을 맞는다면 과연 지구와 태양계는 살아남을 수 있을까? 이에 관해 미국의 천체물리학자 폴 M. 서터가 우주 전문 사이트 스페이스닷컴(Space.com)에 29일 흥미로운 칼럼을 게재했는데, 이를 약간 가공하여 소개한다. 우리 태양의 죽음은 먼 미래의 일이다. 그러나 별 역시 인간처럼 생로병사의 길을 걷는 존재인 만큼 언젠가는 일어날 일이다. 그러면 우리 태양계는 어떻게 될까? 문제는 태양의 죽음 이전부터 시작된다. 우리가 가장 먼저 직면해야 하는 것은 노년의 태양 자체다. 수소 융합이 태양 내부에서 계속됨에 따라 그 반응의 결과인 헬륨이 중심부에 축적된다. 폐기물이 주위에 쌓이면 태양의 수소핵 융합이 더 어려워진다. 그러나 아래로 내리누르는 태양 대기의 압력은 여전하므로 균형을 유지하기 위해 태양은 핵융합 반응 온도를 더욱 높여야 하며, 이러한 상황이 아이러니하게도 태양 중심부를 더욱 가열시킨다. 이는 태양이 늙어감에 따라 더욱 뜨겁고 밝은 별로 진화한다는 뜻이다. 수억 년 동안 번창하다가 6600만 년 전에 멸종한 공룡은 오늘날 우리가 보는 것보다 더 어두운 태양 아래 살았을 것이다.어쨌든 태양은 10억 년마다 밝기가 10%씩 증가하는데, 이는 곧 지구가 그만큼 더 많은 열을 받는다는 것을 뜻한다. 따라서 10억 년 후이면 극지의 빙관이 사라지고, 바닷물은 증발하기 시작하기 시작하여, 다시 10억 년이 지나면 완전히 바닥을 드러낼 것이다. 지표를 떠난 물이 대기 중에 수증기 상태로 있으면서 강력한 온실가스 역할을 함에 따라 지구의 온도는 급속이 올라가고, 바다는 더욱 빨리 증발되는 악순환의 고리를 만들게 된다. 그리하여 마침내 지표에는 물이 자취를 감추고 지구는 숯덩이처럼 그을어진다. 35억 년 뒤 지구는 이산화탄소 대기에 갇힌 금성 같은 염열지옥이 될 것이다. 수소 융합의 마지막 단계에서 태양은 부풀어오르기 시작해 이윽고 적색거성으로 진화할 것이며, 그때쯤이면 수성과 금성은 확실히 태양에 잡아먹힐 것이다. 그렇다면 지구의 운명은 어떻게 될까? 그것은 태양이 얼마나 팽창할 것인가에 달려 있다. 만약 태양이 지구 궤도까지 팽창해 뜨거운 태양 대기가 지구를 덮친다면 지구는 하루 안에 녹고 말 것이다. 만약 태양의 팽창이 금성 궤도쯤에서 멈춘다 하더라도 지구는 온전할 수가 없다. 태양에서 방출되는 고에너지는 지구 암석을 증발시킬 만큼 강력하므로, 지구는 밀도가 높은 철핵만 남게 될 것이다. 외부 행성들이라 해도 이 재앙을 피해가기는 어렵다. 태양의 증가된 복사는 얼음알갱이들로 이루어진 토성의 고리를 파괴할 것이며, 목성의 유로파, 엔셀라두스 등의 위성들도 얼음 표층을 잃을 것이다. 증가된 복사열이 외부 행성들을 덮칠 때 가장 먼저 일어나는 사건은 지구 대기만큼이나 연약한 외부 행성 대기를 남김없이 벗겨버리는 것이다. 그러나 태양이 계속 팽창하면 태양 대기의 바깥 갈래들 중 일부는 중력 깔때기를 통해 거대 외부 행성으로 돌입할 수 있으며, 그에 따라 외부 행성들은 이전보다 훨씬 더 큰 덩치의 행성으로 변할 것이다. 그러나 태양은 아직 진정한 종말을 맞은 것은 아니다. 최종 단계에서 태양은 반복적으로 팽창-수축을 거듭하여 수백만 년 동안 맥동 상태를 이어갈 것이다. 중력적인 측면에서 본다면 이는 안정적인 상황이 아니다. 격동하는 태양은 외부 행성을 이상한 방향으로 밀고 당기기를 계속하다가 치명적인 포옹으로 끌어들이거나 아니면 태양계에서 완전히 축출해버릴 것이다. 그러나 나쁜 일만 있는 것은 아니다. 우리 태양계의 가장 바깥쪽 부분은 수억 년 동안 지금의 지구처럼 따뜻한 곳이 된다. 적색거성으로 진화한 태양에서 쏟아지는 열과 복사량이 많아짐에 따라 태양계에서 거주 가능 구역(물이 액체로 존재할 수 있는 별 주변 지역)이 바깥쪽으로 이동하게 된 것이다. 위에서 보았듯이, 처음에는 외부 행성의 위성들이 얼음 껍질을 잃어버리면 일시적으로 표면에 액체 바다가 형성될 수 있다. 또한 명왕성을 비롯한 왜소행성들과 카이퍼 벨트의 천체들도 결국 얼음을 잃게 될 것이다. 가장 큰 변화는 이 모든 것들이 뭉쳐져 멀리서 적색거성 태양의 둘레를 도는 미니 지구가 될 것이란 점이다.78억 년 뒤 태양은 초거성이 되고 계속 팽창하다가 이윽고 외층을 우주공간으로 날려버리고는 행성상 성운이 된다. 거대한 먼지고리는 명왕성 궤도에까지 이를 것이다. 어쩌면 그 고리 속에는 잠시 지구에서 문명을 일구었던 인류의 흔적이 조금 섞여 있을지도 모른다. 한편, 외층이 탈출한 뒤 극도로 뜨거운 중심핵이 남는다. 이 중심핵의 크기는 지구와 거의 비슷하지만, 질량은 태양의 절반이나 될 것이다. 이것이 수십억 년에 걸쳐 어두워지면서 고밀도의 백색왜성이 되어 홀로 태양계에 남겨지게 될 것이다. 이 백색왜성은 처음에는 엄청나게 뜨거워서 우리가 알고있는 생명체에 잔인한 피해를 줄 수있는 X선 방사선을 발산한다. 그러나 차츰 냉각되어 10억 년 이내에 안정된 온도에까지 떨어지고, 수조에서 수십조 년까지 존재할 것이다. 백색왜성 주변에는 새로운 거주 가능 구역이 형성되겠지만, 낮은 온도로 인해 수성 궤도보다 훨씬 가까운 거리가 될 것이다. 그 거리는 행성이 모항성의 기조력에 극히 취약한 범위 내인 만큼 백색왜성의 중력이 행성을 찢어버릴 수도 있다. 이상이 태양의 종말 이후 우리가 얻을 수 있는 최선의 예측이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

'외계인들이 우리를 지켜보고 있다?' 인류가 외계 생명체에 대한 탐색을 강화함에 있어 반드시 고려하지 않으면 안될 사항은 외계인 역시 우리를 탐색하고 있을지 모른다는 점이다. 새로운 연구는 생명체가 서식할 가능성이 있는 가까운 항성계를 1000개 이상 확인함에 따라 이 같은 문제를 제기하고 나섰다. 코넬대학 천문학 부교수이자 칼 세이건 연구소 소장인 리사 칼테네거 논문 대표저자는 "만약 그러한 별들의 행성에 외계인이 산다면 그들은 우리 행성의 대기에서 생명의 신호들을 발견할 수 있을 것"이라고 예측하면서 "우리는 쌍안경이나 천체망원경 없이도 외계인들이 살 만한 밝은 별들을 관측할 수 있다"라고 밝혔다. 천문학자들은 지금까지 발견된 4,000개 이상의 외계행성 대부분을 '트랜싯 방법'으로 발견했는데, 외계행성들이 모항성의 앞을 가로지를 때 일어나는 밝기의 감소를 탐지하여 외계행성을 찾아내는 기법이다. 미 항공우주국(NASA)의 유명한 케플러 우주망원경은 이 기법을 사용해 현재까지 발견된 3,750개의 외계행성 중 약 70 %를 발견하는 큰 성과를 거두었다. 이 방법은 케플러 망원경의 뒤를 이은 TESS 망원경에도 적용되고 있다.​ 머지않아 연구자들은 생명 신호를 찾기 위해 가까운 외계행성의 대기를 스캔할 수 있게 될 것이다. 그것은내년 말에 발사될 예정인 NASA의 98억 달러짜리 제임스 웹 우주망원경이 수행할 많은 작업 중 하나가 될 것이다. 또한 2025년에 완성될 지상 기반의 거대마젤란 망원경도 이러한 작업을 수행할 것으로 보인다. 새로운 연구의 공동저자인 리하이 대학 물리학 부교수 조슈아 페퍼는 지구 자체를 트랜싯 기법으로 발견할 수 있는 위치의 별들을 찾아나섰다. 과학자들은 TESS와 유럽의 별 매핑 우주선 가이아의 데이터 세트를 면밀히 조사한 결과, 태양을 공전하는 궤도면인 황도와 나란한 100파섹(약 326 광년) 이내의 공간에서 그 같은 별들을 찾았다. 참고로 지구가 태양면을 가로지르는 것을 보려면 이러한 정렬이 필요하다. 이러한 탐색으로 1004개의 주계열 별들의 목록이 작성되었다. 우리 태양처럼 별의 중심에서 수소를 헬륨으로 융합하는 별들이다. 그 별들 중 508개가 지구의 태양면 통과를 관측함으로써 "지구의 이동을 최소 10시간 동안 관찰할 수 있도록 보장"한다고 칼테네거와 페퍼는 지난 20일(현지시간) 영국의 '왕립천문학회 월간공보 서신'에 발표했다. 그러나 칼테네거와 페퍼가 찾아낸 1,004개의 별을 공전하는 행성의 수는 파악하지 못하고 있으며, 따라서 생명체가 서식할 만한 세계가 얼마나 있는지에 대해서도 아무런 정보도 갖지 못한 상태이다. TESS와 같은 외계행성 사냥꾼이 계속 작업을 진행함에 따라 생명체 서식 가능 외계행성의 수는 더욱 명확히 밝혀질 것으로 기대된다.​ "이 새로운 연구는 앞으로 우주 생물학자들의 이정표 역할을 할 수 있을 것"이라고 전망하는 칼테네거는 "우리가 소통하기를 원하는 외계 지성체들을 발견하고자 한다면 가장 먼저 눈길을 주어야 할 별지도를 지금 우리 팀이 만든 것"이라고 새 연구의 성과를 규정했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

전 세계인과 과학자들이 주목했던 2020년 노벨과학상 수상자 발표가 지난주 끝났다. 올해 노벨과학상 수상자와 업적은 여러모로 관심을 끌었다. 예년 같으면 일반인들은 아무리 여러 번 듣고 뜯어봐도 이해가 되지 않는 난해한 업적들이 수상되는 경우가 대부분이었지만 올해는 누구나 한 번쯤은 보고 들은 연구 성과들이다. 키워드로만 본다면 올해 노벨생리의학상은 ‘C형간염 바이러스’, 물리학상은 ‘블랙홀’, 화학상은 ‘유전자 가위’로 요약할 수 있을 것이다. 또 노벨과학상 수상자 8명 중 3명이 여성 과학자였으며 특히 화학상은 노벨상 120년 역사상 처음으로 여성 과학자 2명만이 수상자로 선정됐다. 로저 펜로즈 영국 옥스퍼드대 교수의 노벨물리학상 수상은 2018년 타계한 스티븐 호킹 박사를 다시 대중 앞으로 불러냈다. 펜로즈 교수는 호킹 박사와 함께 1965년 ‘특이점 정리’를 발표하면서 아인슈타인의 일반상대성이론이 맞다면 우주에는 반드시 빅뱅과 블랙홀이라는 ‘특이점’이 존재한다는 것을 수학적으로 증명했다. 이 때문에 호킹 박사가 살아 있었다면 공동 수상을 했을 것이라는 말이 나오기도 했다. 사실 호킹 박사는 유독 노벨상과 인연이 없었던 것으로도 잘 알려져 있었다. 이에 대해 ‘이론은 걸출하지만 실증이 뒷받침되지 않았기 때문’이라는 지적들이 있었는데 이번 펜로즈 교수의 수상으로 이런 평가들이 머쓱해지게 됐다. 어쨌든 펜로즈와 호킹의 연구 덕분에 노벨위원회에서 이야기한 것처럼 ‘우리 우주에서 가장 독특한 현상’인 블랙홀 연구가 활발해진 것은 사실이다. 이 같은 상황에서 영국 버밍엄대 중력파천문학연구소, 에든버러대 천문학연구소를 중심으로 16개국 31개 연구기관으로 구성된 국제공동연구팀은 블랙홀에 빨려 들어가는 별(항성)의 마지막 순간을 관측하는 데 성공했다고 14일 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 천문학 분야 국제학술지 ‘영국왕립천문학회 월간회보’ 10월 13일자에 실렸다. 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)에서 운용하고 있는 초거대망원경(VLT), 신기술망원경(NTT), 미국 캘리포니아에 있는 라스 쿰브레스 천문대(LCO)의 국제망원경네트워크, 미국항공우주국(NASA)의 감마선 폭발감시 스위프트 위성을 이용해 지구에서 2억 1500만 광년 떨어져 있는 에리다누스좌(座)를 6개월 동안 관측한 결과 ‘조석파괴 현상’(tidal disruption event)을 발견했다. 연구팀은 이번에 발견된 조석파괴 현상을 ‘AT2019qiz’라고 이름 붙였다. 조석파괴는 은하 중심의 초거대 블랙홀에 별이 빨려 들어가면서 극한 중력 때문에 얇고 길게 찢겨져 파괴되는 현상이다. 사람의 몸이나 물체가 블랙홀과 근접하게 되면 블랙홀과 가까운 쪽과 먼 쪽에 작용하는 중력 크기가 다르게 작용하면서 마치 국수가락처럼 가늘고 길게 늘어나게 돼 조석파괴는 블랙홀의 ‘스파게티화’(spaghettification)라고도 불린다. 그러면 블랙홀은 면을 후루룩 흡입하는 ‘면치기’하는 것처럼 물체를 삼키게 된다. 조석파괴 현상은 블랙홀이 별을 흡수하는 동시에 초속 1만㎞ 속도로 먼지와 파편을 내뿜어 블랙홀 주변에 어두운 장막을 형성한다는 사실을 연구팀은 처음 밝혀냈다. 블랙홀이 가시광선과 전파를 방출한다는 점에 대해서도 논란이 있어 왔지만 이번 연구로 물질을 흡수와 분출, 강착이 하나의 과정으로 연결돼 있다는 것을 밝혀낸 것이다. 연구를 주도한 맷 니콜 버밍엄대 천체물리학부 교수는 “이번 연구 결과는 초거대질량 블랙홀과 주변의 극한 중력 환경에서 물질이 어떻게 작용하는지 더 잘 이해할 수 있게 돕는 일종의 ‘로제타석’이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 공동으로 운영하는 허블 우주망원경이 남쪽 하늘 별자리인 화로자리 방향으로 약 5600만 광년 떨어진 막대 나선은하 NGC 1365의 중심 부근을 선명하게 포착했다. 이 중심 부근은 이제 막 별들이 태어나거나 미래에 또 다른 별들이 태어날 먼지가 풍부한 영역으로, 파랗거나 불타는 듯한 주황빛의 불꽃들이 소용돌이치는 것처럼 보인다. 이미지의 바깥쪽 가장자리에는 이 은하 내부의 거대한 항성 형성 영역을 곳곳에서 볼 수 있다. 밝고 푸른색 영역은 이 은하의 외각 팔들 안의 가스와 먼지가 합쳐져 탄생한 아기별 몇백 개의 존재를 보여준다. 빗장 나선은하로도 불리는 이 은하는 은하 중심핵을 통과하는 두드러진 막대와 막대 끝에서 솟아나는 나선 팔 등을 잘 보여준다. 이 은하는 또 세이퍼트은하로도 분류되는 데 이는 격렬한 활동은하핵을 가진 은하를 말한다. 즉 그 중심에는 빠르게 회전하는 거대질량 블랙홀이 존재한다. 이번 이미지는 허블 망원경의 ‘광시야 카메라 3’(WFC 3)에 의한 가시광선과 자외선의 파장을 사용한 관측 자료로부터 생성한 것으로, 지난 5일 허블 망원경 홈페이지(spacetelescope.org)에서 ‘이번 주 사진’(PICTURE OF THE WEEK)으로 공개됐다. 이미지화는 칠레에 있는 알마(ALMA) 망원경과 유럽남천문대(ESO)의 초대형망원경(VLT)과의 공동 연구 프로젝트 ‘펑스’(PHANGS)의 일부분으로 진행됐다. 펑스 프로젝트는 우리 은하 밖에 있는 10만 개가 넘는 가스 구름이나 항성 형성 영역을 이미지화해서 차가운 가스 구름이나 별 형성 메커니즘 또는 은하들의 전체적 형태에 관한 많은 연관성을 밝혀내고 규명할 것으로 기대되고 있다.사진=ESA/Hubble & NASA, J. Lee and the PHANGS-HST Team 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리의 태양보다 뜨거운 항성을 불과 2.7일만에 공전할 만큼 바짝 붙어있는 매우 뜨거운 행성이 발견됐다. 최근 스위스 베른대학 등 공동연구팀은 항성 'HD 133112'의 주위를 도는 외계행성 'WASP-189b'를 발견했다는 연구결과를 '천체 물리학 저널’(the journal Astronomy & Astrophysics) 최신호에 발표했다. 지구에서 약 322광년 떨어진 곳에 위치한 WASP-189b는 태양계 큰형님인 목성의 1.5배 크기로 표면온도는 무려 3200℃에 달할만큼 뜨겁다. 이 정도 온도면 철도 녹여 기체로 만드는 수준으로 역대 발견된 행성 중 가장 극단적인 천체 중 하나라는 것이 연구팀의 설명.이 행성의 극단적인 특징은 항성 HD 133112와 바짝 붙어있기 때문으로 두 천체의 거리는 지구와 태양과 비교하면 20배나 가깝다. 이 때문에 WASP-189b의 공전주기는 3일이 채 되지 않아 ‘뜨거운 목성’(hot Jupiter)이라는 별칭으로 불린다. 특히 항성 HD 133112는 태양보다 2000℃는 더 뜨거워 태양같은 색이 아닌 파란색으로 보인다. 논문의 선임저자인 모니카 렌들 박사는 "HD 133112는 행성계를 가진 것 중 가장 뜨거운 별"이라면서 "WASP-189b의 경우 항성과 너무 가까이 붙어있어 공전주기와 자전주기가 일치하는 조석고정 현상이 일어나고 있다"고 설명했다. 곧 지구의 달 처럼 WASP-189b도 한쪽 면만 영구적으로 항성을 바라보는 것으로 이는 행성에 극단적인 환경을 만든다.특히 이번 연구에서는 지난해 12월 유럽우주국(ESA)이 쏘아올린 외계행성 탐사용 우주망원경 위성 ‘키옵스’(CHEOPS)가 사용됐다. 키옵스는 행성을 거느린 것으로 파악된 가까운 항성을 관측하는 용도로 발사된 첫번째 위성으로, 지구 700㎞ 상공을 돌며 ‘해왕성∼지구 크기의 행성’을 집중적으로 관찰하고 있다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

-'태양의 미래' 백색왜성 주변서 온전한 행성 첫 관측 태양이 종말을 맞은 후에도 지구는 그 형태를 유지할 수 있을까? 그 가능성을 보여주는 직접적인 증거가 우주에서 관측되어 학계의 관심을 모으고 있다. 71억 년이 지나면 태양은 수소핵융합을 마치고 적색거성의 단계에 들어서는데, 중심핵에 있는 수소가 소진되면서 핵은 수축함과 아울러 태양 외곽 대기는 팽창하기 시작해 이윽고 외층을 우주 공간으로 방출하면서 행성상 성운을 이루게 된다. 이 과정에서 태양과 가까운 수성, 금성은 파괴될 것이며, 어쩌면 지구까지도 그런 운명에서 벗어날 수 없을지도 모른다고 과학자들은 보고 있다. 외층이 탈출한 뒤 극도로 뜨거운 중심핵이 남는데, 태양의 경우 지구만 한 중심핵이 천천히 식으면서 백색왜성이 된다. 이른바 태양의 시체라 할 수 있다. 이 같은 별의 시체 둘레를 도는 목성 크기의 외계행성이 발견된 자리는 지구로부터 80광년 거리에 있는 용자리의 삼중성계 안이다. 모성은 WD 1856이고, 그 둘레를 도는 행성은 WD 1856 b로 불리는데, 모성에 비해 무려 7배가 큰 지름을 갖고 있으며, 한 차례 공전하는 데 34시간밖에 안 걸린다. WD 1856 b의 공전 주기는 태양계 가장 안쪽에 있는 수성보다 60배 이상 빠른 것으로, 백색왜성 주변에서 이렇게 가까이 붙어 있는 행성이 온전한 형태로 관측된 것은 이번이 처음이다. 매디슨 위스콘신대학 천문학 조교수 앤드루 밴더버그 박사는 회견에서 "WD 1856 b는 백색왜성에 아주 가까운 거리에서 공전하는데, 어쩌다 이 행성만 살아남은 것 같다"며 "백색왜성이 생성되는 과정에서 가까운 행성들은 대개 모항성의 엄청난 중력으로 죄다 찢겨나가는 게 보통이지만, WD 1856 b 는 그 같은 운명에서 벗어나 현재의 위치에서 건재하고 있는데, 그 이유는 아직까지 밝혀지지 않았다"고 설명했다. 연구팀이 내놓은 가설은 WD 1856 b가 현재 위치에서 형성되지 않았으며, 현재 위치보다 별에서 약 50배 더 먼 곳에서 이주해온 것으로 보고 있다. 만약 이 행성이 그 자리에서 모항성의 격변을 맞았다면 결코 온전할 수 없었을 것이기 때문이다.WD 1856 b가 안쪽으로 밀린 이유는 분명하지 않다. 가능성은 WD 1856 시스템의 다른 두 별의 중력작용으로 밀어넣어졌거나, 혹은 침입해온 '떠돌이 별'과의 상호작용 결과로 그렇게 된 것인지도 모른다고 9월 16일(현지시간) '네이처' 온라인으로 발표된 새로운 연구에서 밝혔다. 밴더버그와 그의 동료들은 미 항공우주국(NASA)의 '외계행성 사냥꾼' TESS 우주망원경으로 이 행성을 발견했는데, TESS는 행성이 모항성 앞을 지날 때 나타나는 별의 밝기 변화를 탐지해 외계행성을 발견한다. 이를 트랜싯 기법이라 한다. 연구팀은 또 퇴역 직전에 있는 NASA의 스피츠 적외선 우주망원경을 사용하여 해당 항성계를 연구했다. 스피츠 데이터를 통해 백색왜성 WD 1856+534가 100억년 가량 된 별로 삼중성계의 일원이라는 점을 확인했다. 또한 WD 1856 b는 어떠한 적외선도 방출하지 않고 있는데, 이는 곧 해당 천체가 소질량의 항성이거나 갈색왜성이 아니라는 것을 시사한다. ​그러나 현재까지 WD 1856 b는 외계행성 후보일 뿐, 보다 정밀한 관측과 확인작업이 남아 있는 상태다. WD 1856 시스템에서 다른 행성은 발견되지 않았지만 그렇다고 해서 거기에 아무것도 없다는 것을 의미하지는 않는다고 연구팀은 말했다. 태양이 종말을 맞더라도 지구는 과연 형태를 유지할 수 있을까? 이 문제는 몇 가지 경우의 수가 있겠지만, 앞으로 있을 추가 연구에서 보다 높은 확률의 경우가 구해질 것으로 보인다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

-수백조 년 후 첫번째 흑색왜성 폭발이 우주 종말의 신호탄​ 우주가 차갑게 식은 끝에 '죽은' 후에도 별들은 오랫동안 계속해서 폭발할 것이다. 한 과학자가 우주의 종말에 최후로 폭발할 초신성을 찾기 위해 '토끼굴' 속으로 뛰어들기로 결정했다. 우리가 알고 있듯이 우주가 종말을 맞으면 '조금 슬프고 외롭고 추운 곳'이 될 것이라고 일리노이 주립대학 물리학 조교수인 이론 물리학자 매트 캐플란은 성명에서 말했다. 새로운 연구에서 캐플란은 죽은 별이 시간이 지남에 따라 어떤 변화의 길을 걸을 것인지를 계산하고, 우주의 먼 미래에 마지막 초신성이 언제 폭발할 것인지 그 시점을 결정했다. 우주의 종말은 '열 사망(heat death)'으로 알려져 있으며, 우주는 대부분 블랙홀과 타버린 별의 시체만이 남게 될 것이라고 성명서에서 밝히면서 캐플란은 이렇게 덧붙였다. "나는 한 가지 이유로 물리학자가 되었습니다. 나는 그 '큰 질문'에 대해 생각하고 싶었습니다. 우주는 왜 여기에 존재하며 어떻게 끝날까?" 새로운 연구에서 캐플란은 항성 진화의 마지막 단계인 폭발의 미래를 주시했다. 거성의 경우, 철이 별의 중심부에 축적되면 마침내 초신성 폭발을 일으켜 붕괴된다. 그러나 백색왜성(태양 같은 질량의 별이 핵연료를 모두 소모할 때 형성되는 초밀도의 별)과 같은 작은 별은 이 철을 생산할 수 있는 중력과 밀도가 없다. 그러나 캐플란은 시간이 지남에 따라 백색왜성이 더욱 조밀해지고 이윽고 철을 생성할 수있는 '흑색왜성'이 될 수 있음을 발견했다. "백색왜성이 향후 몇조 년 동안 식으면서 점점 어두워지고 차갑게 얼어붙어 마침내 더 이상 빛을 내지 않는 '흑색왜성'이 될 것"이라고 설명하는 캐플란은 “별은 핵융합으로 인해 빛나는데, 작은 핵을 부수어 더 큰 핵을 만들어 에너지를 방출할 만큼 뜨겁다. 백색왜성은 타고 남은 별의 시체지만 양자 터널 효과로 인해 훨씬 느리기는 하지만 여전히 핵융합이 일어날 수 있다"고 주장한다. 양자 터널 효과란 고전 물리학적으로는 통과하지 못하는 에너지 장벽 이쪽에 있던 전자 같은 아원자 입자가 갑자기 사라졌다가 에너지 장벽 다른 쪽에 나타나는 현상을 말한다. 캐플란은 이러한 핵융합이 흑색왜성 내에서 철을 생성하고 이 같은 유형의 초신성을 촉발시키는 핵심이라고 주장한다. 새로운 연구는 폭발을 일으키기 위해 크기가 다른 흑색왜성을 얼마나 많이 만들어야 하는지 보여준다. 캐플란은 이 '흑색왜성 초신성' 중 첫 번째가 수백조 년 후에 나타날 것이라는 계산서를 내놓았다. 이는 거의 상상할 수 없을 정도로 장구한 시간이다. "그것은 참으로 놀라울 정도로 까마득히 먼 미래의 시간이다"라고 캐플란은 덧붙였다. 그는 가장 거대한 흑색왜성이 먼저 폭발할 것이고, 그 다음에는 덜 무거운 별들이 차례대로 폭발하여 모든 흑색왜성들이 남김없이 폭발할 것이라는 사실을 발견했다. "그 시간은 약 10 ^ 32000제곱 년 후로 예상되는데, 그 이후에 어떤 일이 일어날지 상상하기는 어렵다"고 밝히는 캐플란은 "흑색왜성 초신성은 우주에서 마지막으로 일어나는 흥미로운 사건이 될 수 있으며, 그들은 아마도 마지막 초신성일지도 모른다"고 덧붙였다. 그렇다면 마지막 초신성이 폭발한 시점에서 '슬프고 외로운' 우리 우주는 어떻게 될까? 캐플란에 따르면, "은하가 흩어지고 블랙홀이 증발할 것이지만, 우주의 팽창으로 인해 남아 있는 모든 물체들이 서로 멀리 떨어져서 다른 물체가 폭발하는 것을 볼 수는 없을 것이다. 빛이 그처럼 멀리까지 이동한다는 것은 물리적으로도 불가능할 것이기 때문"이라고 설명한다. 이 연구는 8월 7일 영국 천문학 저널인 '왕립천문학회 월보' 게재되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

우리은하 중심에는 태양 질량의 약 400만 배에 달하는 초질량 블랙홀 ‘궁수자리A별’이 있으며 그 주위를 여러 항성이 공전하고 있는 것은 지금까지 여러 관측 연구에서 확인된 사실이다. 그런데 최근 독일 쾰른대 천문학자 플로리안 파이스커 연구원은 그중에서 현재 가장 빠르게 궁수자리A별을 공전하고 있는 별 S4714를 발견했다고 지난 11일 오후 4시(협정세계시 기준) 천문사이트 ‘천문학자의 전보’(ATel·The Astronomer‘s Telegram)에 긴급 게시글로 발표했다. 이에 따르면, 항성 S4714의 이동 속도는 초속 2만4000㎞에 달한다. 빛의 속도(이하 광속)가 초속 약 30만㎞이므로, 이 항성은 광속의 약 8% 속도로 이동하고 있는 셈이다. 지금까지 우리 은하에서 가장 빠르게 블랙홀을 공전하는 별은 ‘S62’로 그 속도는 광속의 약 10%로 알려졌지만, 이번 관측에서는 그 속도가 광속의 약 6.7%인 초속 2만㎞인 것으로 확인돼 현재 우리 은하의 블랙홀을 공전하는 가장 빠른 별은 S4714라는 것이다. 연구자에 따르면, 이런 항성이 고속으로 공전하고 있는 이유는 블랙홀의 강한 중력 때문이다. 블랙홀 주위의 항성은 끊임없이 안쪽으로 잡아당겨지는 데 이에 대응하는 힘이 공전을 통해 형성된다. 공전 속도가 클수록 바깥으로 나아가려는 원심력이 커져 이들 항성은 항상 균형을 유지할 수 있다는 것이다. 이런 구조 덕분에 궁수자리 A별 주위 항성들은 광속과 비교할 수 있을 정도로 빠른 속도를 지닌다. 게다가 공전 궤도는 타원형이고 중심도 치우쳐 있어 궁수자리 A별과의 거리는 일정하지 않다. 이는 항성의 이동 속도에도 영향을 줘 항성의 위치와 궤도 그리고 속도에 관한 정보는 천문학자들에게 관심의 대상이 된다. 사실 이번 관측에서는 이 항성을 포함해 총 5개의 항성(S4711~S4715)이 발견됐는데 그중 S4711은 지금까지 블랙홀에서 가장 가까운 별로 알려진 ‘S2’보다 블랙홀에서 가까운 궤도를 돌고 있는 항성인 것으로도 확인됐다.이에 대해 연구진은 “S4711은 궁수자리 A별의 주위를 7.6년에 1번 돌고 있는데 이는 가장 짧은 공전 궤도 주기에 해당한다”고 설명했다. 이들 연구자는 또 앞으로 데이터 분석의 개선을 통해 궁수자리 A별의 주위를 지금보다 더욱더 자세히 관측할 수 있다고 밝혔다. 따라서 가까운 미래에는 더 짧은 궤도 주기를 지닌 별이나 더 빠른 별을 발견할 수 있으리라 예상된다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)이 아름다운 대칭 구조를 지닌 나비 같은 행성상 성운을 포착했다. 그 정체는 지구에서 약 6500광년 거리 돛자리에 있는 ‘NGC 2899’이다. ESO는 지난달 30일(현지시간) 칠레 북부 아타카마 사막에 있는 VLT로 촬영한 행성상 성운 ‘NGC 2899’의 최신 이미지를 공개했다. 우주를 훨훨 날아다니는 나비처럼 보이는 이 행성상 성운은 푸른색 가스 주위를 붉은색 가스가 감싸고 있는 모습으로, 푸르게 빛나는 부분이 이온화된 산소 가스, 붉게 빛나는 것이 이온화된 수소 가스다. 나비 날개처럼 확산한 가스는 중심에서 최대 2광년 거리까지 퍼져 있다. 방출된 가스는 원래 별이 내뿜는 자외선을 받아 이온화돼 1만℃ 이상에 도달하면 별을 능가하는 밝기로 빛난다. 이런 양극성 형상은 행성상 성운의 약 10~20%에서 확인된다. 행성상 성운은 보통 가스가 둥글게 펼쳐지지만, 이번에 관측한 NGC 2899는 독특한 나비 모양을 하고 있다. 이는 중심에 별 두 개가 있기 때문이다. 한쪽 별이 생의 마지막을 맞아 바깥층을 가스로 방출했을 때, 또 다른 별은 그 가스의 흐름을 방해해 나비와 같은 모양을 만들어낸다는 것이다. 참고로 행성상 성운은 초신성 폭발을 일으킬 정도의 질량을 지니지 못한 항성이 진화의 마지막 단계에서 방출한 가스에 의해 형성된 것이다. 태양의 8배 이상 질량을 지닌 항성은 초신성 폭발을 일으켜 생을 마감하지만, 그보다 가벼운 별은 마지막으로 바깥층이 팽창해 적색거성이라는 거대한 붉은 별로 변한다. 팽창한 외층을 별이 중력으로 묶어둘 수 없게 되면 그것은 가스로서 외부로 방출된다. 그 가스가 별이 방출하는 자외선에 의해 이온화하면 희미하게 빛나는 행성상 성운이 되는 것이다.한편 이번 촬영에는 VLT를 구성하는 4개의 8.2m 망원경 중 1호 망원경(UT1·Unit Telescope 1)인 ‘안투’(Antu·칠레 원주민어로 태양을 뜻함)에 탑재된 ‘FORS’(FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph)라고 하는 장치를 사용한 것으로 전해졌다. 사진=ESO 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

어린시절 우리 태양계의 모습과 닮은 외계 행성계의 '가족사진'이 처음으로 직접 촬영하는데 성공했다. 최근 네덜란드 라인덴대학 등 국제연구팀은 지구에서 300광년 떨어진 남부 무스카 별자리에서 태양과 같은 별의 주위를 도는 거대한 2개의 외계행성을 포착하는데 성공했다고 발표했다. 　 칠레에 위치한 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경으로 잡아낸 이 사진은 'TYC 8998-760-1'로 불리는 별과 그 주위를 도는 'TYC 8998-760-1b'와 'TYC 8998-760-1c'의 모습을 담은 일종의 가족사진이다. 먼저 TYC 8998-760-1은 우리의 태양같은 별이지만 생성된 지 불과 1700만년 밖에 안된 아기별이다.우리의 태양이 46억년 된 것과 비교하면 얼마나 어린 지 알 수 있는 대목. 또한 TYC 8998-760-1의 주위를 도는 TYC 8998-760-1b와 TYC 8998-760-1c는 주로 헬륨과 수소와 같은 기체로 이루어진 거대한 가스 행성으로 마치 우리의 목성과 토성을 연상시킨다. 이중 안쪽 궤도를 도는 TYC 8998-760-1b는 항성과 160AU(1AU는 지구와 태양 사이의 평균 거리로 약 1억5000만㎞다) 떨어져 있으며 질량은 목성의 14배다. 또한 바깥쪽 궤도를 도는 TYC 8998-760-1c는 항성과 320AU의 거리로 목성 질량의 6배로 추정된다. 이번 가족사진이 의미가 있는 것은 막 생성된 외계 행성계를 통해 우리 태양계의 형성 과정을 들여다볼 수 있기 때문이다. 논문의 공동저자인 매튜 캔워시 교수는 "이번처럼 우리 태양과 비슷한 별 주위의 외계행성을 2개나 직접 촬영한 것은 이번이 처음"이라면서 "우리 태양계가 어떻게 형성되고 진화했는지 더 잘 이해하는데 도움을 줄 것"이라고 내다봤다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr