“이것은 위성인가 행성인가.” 1995년 외계행성이 처음 관측된 이후 지금까지 6000개가 넘는 행성이 발견됐지만 그 주변을 도는 외계위성의 존재가 확실히 입증된 사례는 한 건도 없었다. 그런데 최근 항성, 갈색왜성, 위성의 3단 계층 구조 시스템이 발견돼 천문학 교과서를 새로 쓰게 됐다. 칠레 디에고 포르탈레스대 천체물리학 연구소, 유럽 남방천문대(ESO), 외계 행성 연구센터(YEMS), 천체물리학 및 기술 연구센터(CATA), 이탈리아 파도바 천문대, 로마 토르 베르가타대, 로마 천문대, 파도바대, 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 공동 연구팀은 항성(별)을 공전하는 갈색왜성, 그 갈색왜성을 도는 위성으로 구성된 ‘3단 계층 구조 시스템’을 최초로 관측했다고 밝혔다. 갈색왜성을 도는 위성에 대한 명확한 분류 체계가 없기 때문에 이번에 발견한 천체가 외계행성인지 외계위성인지는 아직 불분명하다. 그러나 이번 발견은 지금까지는 발견되지 않았던 행성계 내 외계위성의 결정적 식별을 향한 중요한 도약의 발판이 될 수 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 23일 자에 실렸다. 갈색왜성은 목성 질량의 13~80배이고 태양 질량의 약 1.2~8%로 행성보다는 크지만 스스로 빛나는 별이 되기에는 질량이 부족해 실패한 별로 불리는 천체다. 중심부에서 안정적인 수소 핵융합 반응을 일으키지 못해 희미한 적외선과 열만 방출한다. 지금까지 6000개 이상의 외계행성이 발견됐지만 외계위성이 확실하게 식별·확정된 사례는 한 건도 없었다. 연구팀은 ‘CD-35 2722 B’라고 불리는 갈색왜성 동반천체 주위를 도는 외계위성(exosatellite)의 증거를 발견했다. 이에 과거 태양과 유사한 항성 주위에서 최초의 외계행성을 발견할 때 사용했던 도플러 분광법을 활용해 2023년 10월부터 2026년 2월까지 이 갈색왜성을 모니터링했다. 연구 결과, 최소 1개 이상의 공전 위성이 보내는 것으로 보이는 주기적 신호가 드러났고 2개 위성을 가정하는 역학 모델은 극도로 불안정한 것으로 나타났다. 연구팀은 이 천체 시스템의 물리적 특성을 모델링한 결과 목성 질량보다 약간 작은 천체가 170일 주기로 갈색왜성을 돌고 있는 것을 확인했다. 이 천체는 3단 계층 구조 시스템의 마지막 구성 요소라는 위치상 위성으로 분류하는 것이 타당해 보일 수 있지만 천체의 크기가 행성급이고 항성이나 행성이 아닌 갈색왜성을 돌고 있기 때문에 단순히 ‘외계위성’(exomoon)이라고 부르는 것은 적절하지 않을 수 있다고 연구진은 지적했다. 외계행성을 도는 외계위성은 일반적인 위성으로 쉽게 설명할 수 있지만 갈색왜성을 도는 위성을 같은 이름으로 부를 수 있을지에 대해서는 아직 결정되지 않았다. 연구를 이끈 앨리스 주를로 칠레 디에고 포르탈레스대 교수는 “이번 연구는 시선속도 분석법이라고 불리는 도플러 분광법을 통해 외계위성을 확실하게 탐지할 수 있음을 입증했지만 외계위성에 대한 명확한 분류 체계 정립이 필요함을 시사한다”고 설명했다.

母항성 적색거성 때는 거리 멀어왜성 된 이후 공전 궤도 이동한 듯300만㎞까지 근접해 127도 고온태양 수명 마친 뒤 천체 미래 암시 태양은 태어난 지 46억년 된 중년의 별이다. 태양이 태어나서 죽기까지 안정적으로 빛나는 기간은 대략 100억년으로 추정된다. 50억년 뒤 태양은 중심핵의 수소를 모두 소진하고 지금보다 100배 이상 부풀어 큰 적색거성이 된다. 이후 바깥층이 벗겨져 나가면서 지구만 한 크기의 고밀도 잔해인 백색왜성만 남게 된다. 이 과정에서 수성, 금성, 그리고 어쩌면 지구까지도 적색거성에 삼켜져 사라진다. 지구는 태양의 생명이 끝나는 50억년 뒤보다 훨씬 이른 약 10억~20억년 이후에는 이미 생명이 살 수 없는 행성으로 변하게 될 것으로 추정된다. 그렇다면 지구보다 더 멀리 떨어진 목성, 토성 같은 거대 가스형 행성은 태양이 죽은 뒤 어떤 운명을 맞게 될까. 영국, 미국, 캐나다 공동 연구팀은 지구에서 약 80광년 떨어진 백색왜성을 도는 목성 규모의 행성에서 사상 처음으로 대기를 검출해 50억년 뒤 태양계가 맞을 운명을 엿보는 데 성공했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 2일 자에 실렸다. 연구팀은 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA), 캐나다우주청(CSA)이 함께 운용하는 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 죽은 별인 백색왜성 주변을 도는 목성 크기의 외계행성 ‘WD 1856b’가 백색왜성 앞을 가로지르는 통과 현상을 관측했다. 이를 통해 행성의 질량, 온도를 측정하고 행성 대기까지 검출했다. WD 1856b 행성은 2020년 외계행성 탐사 위성 TESS와 스피처 우주망원경으로 발견된 행성이다. 이 행성은 지구에서 80광년 떨어진 백색왜성 ‘WD 1856+534’ 주위를 돌고 있다. 크기는 목성만 하지만 행성이 공전하는 백색왜성은 크기가 지구 정도다. 행성이 모(母)항성보다 7배 크고, 지구-태양 거리의 50분의 1인 300만㎞에 불과하다. 백색왜성 주변을 이렇게 가깝게 돌면서 온전한 형태를 유지하는 행성은 WD 1856b가 처음이다. 그래서 연구자들은 ‘괴짜 행성’이라는 별명을 붙이기도 했다. 관측 결과, WD 1856b의 질량은 목성의 4.3~10.9배로 추정됐으며 행성의 온도는 처음 예상됐던 영하 113도가 아니라 영상 127도였다. 현재는 이만한 열을 낼 에너지원이 없다는 점에서 연구팀은 이 온도를 과거 어느 시점에 행성이 데워진 뒤 식고 있는 ‘잔열’로 보고 데워진 시점을 역산했다. 연구팀은 이를 바탕으로 두 가지 가설을 제시했다. 하나는 죽어 가던 모항성이 WD 1856b를 집어삼켰지만 그 안에서 살아남았다는 것이고, 다른 하나는 항성계의 다른 천체들의 중력 영향으로 행성이 적색거성의 영향권 밖으로 이동했다는 것이다. 분석 결과, 행성이 데워진 시점은 별이 백색왜성이 된 뒤 약 30억~55억년이 지난 때로 나타났다. 별이 적색거성 단계를 끝내는 과정은 길어야 수백만년에 불과해 그 시기에 삼켜졌다는 가설로는 이번 발견처럼 한참 뒤의 재가열을 설명하기 어렵다. 이에 연구팀은 행성이 적색거성 시기에는 먼 궤도에 안전하게 머물다가 한참 뒤 안쪽으로 끌려 들어오며 데워졌다는 ‘뒤늦은 궤도 이동’설이 더 유력하다고 결론지었다. 라이언 맥도널드 영국 세인트앤드루스대 교수는 “이번 연구에서는 죽은 별 주변 행성에서 처음으로 대기를 검출했다”며 “이를 통해 태양과 비슷한 질량의 별이 죽은 뒤 거대 행성이 맞을 운명을 처음으로 관측해 살펴봤다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.

영원히 그 자리에서 태양 주위를 공전할 것 같은 태양계 행성들도 사실은 초기에는 자주 위치를 이동했던 것으로 생각된다. 태양계 초기에는 지금보다 행성급 천체가 많았는데, 이들이 충돌하거나 이탈하면서 현재의 태양계를 형성했기 때문이다. 예를 들어 원시 지구는 ‘테이아’(Theia)라는 화성 크기의 행성과 충돌한 후 현재의 지구와 달을 형성했다. 그리고 이 과정에서 궤도도 약간 변했을 것으로 추정된다. 하지만 태양계가 안정화된 후 행성들은 현재의 위치에 자리 잡았고, 수십억 년 이상 그 자리에서 안정적으로 태양 주변을 공전하고 있다. 과학자들은 다른 행성계도 같을 것으로 생각해왔다. 하지만 뉴멕시코 대학교, 코트다쥐르 천문대(Observatoire de la Côte d’Azur), 유럽우주국(ESA)의 과학자들을 포함한 대규모 국제 연구팀은 예상치 못한 예외적 상황을 관측했다. 연구팀은 나사의 외계행성 관측 위성인 TESS와 남극에 있는 ASTEP 망원경을 이용해 ‘TOI-201’이라는 외계 행성계를 관측했다. TOI-201은 서로 다른 세 개의 행성으로 구성되어 있다. 하나는 5.8일 주기로 항성을 공전하는 “슈퍼지구”이고, 다른 하나는 목성 질량의 절반에 해당하는 가스 행성으로 53일 주기로 공전한다. 마지막으로 목성보다 16배나 무거운 거대한 외행성이 약 8년 주기의 타원형 혜성 같은 궤도를 따라 공전하는데, 이는 사실 행성보다 큰 갈색왜성급 천체라고 할 수 있다. 일반적으로 목성 질량의 13배가 넘으면 불안정해도 핵융합 반응이 조금 일어날 수 있어 행성이 아닌 갈색왜성으로 분류한다. 태양계와 달리 이렇게 다양한 천체로 구성된 행성계는 우주에 드물지 않다. 하지만 각 행성의 공전 주기를 분석한 과학자들은 정말 드문 현상을 발견했다. 외계 행성 TOI-201b가 항성 앞을 지나가는 시간이 갑자기 30분 정도 늦어진 것이다. 공전주기 53일에서 차지하는 비중은 크지 않더라도 목성 질량의 절반 혹은 토성보다 더 무거운 행성의 궤도가 관측 가능할 정도로 변한 것이기 때문에 놀라운 일이 아닐 수 없다. 과학자들은 가장 가능성 높은 이유로 가장 무거운 외곽 천체인 TOI-201c의 중력을 들었다. 이 천체는 무겁기만 한 것이 아니라 혜성처럼 길쭉한 타원궤도를 돌고 있다. 따라서 주기적으로 내부 행성에 한쪽 방향으로 중력을 행사할 수 있다. 그 결과 행성의 궤도가 크게 변한 것이다. 이는 오래된 행성계는 궤도가 안정적일 것이라는 상식을 뒤집는 결과다. 이번 발견이 가능했던 가장 중요한 이유는 바로 남극에 설치된 ASTEP(남극 외계행성 탐사) 망원경 덕분이다. 니스의 코트다쥐르 천문대가 주도하고 버밍엄 대학교 및 유럽우주국(ESA)의 협력해 설치한 망원경인데 주경 40㎝의 비교적 작은 망원경이지만, 독특한 위치 덕분에 다른 지상 망원경은 불가능한 관측이 가능하다. ASTEP은 해발 3233m 높이의 남극 고원의 콩코르디아 연구 기지에 설치됐는데, 다른 어떤 인간 거주지에서도 600㎞ 떨어져 있어 국제우주정거장(ISS)보다도 더 외딴곳에 위치해 관측에 방해되는 불빛이 없다. 여기에 남극에서 몇 달간 해가지지 않는 극야 현상과 높은 해발 고도 덕분에 대기 간섭을 최소화하면서 장시간 동안 중단 없이 관측할 수 있다. 이는 별의 미세한 밝기 변화를 장시간에 걸쳐 찾아내는데 적합해 공전 주기가 53일인 TOI-201b의 주기 변화를 포착한 것이다. 과학자들은 TOI-201 시스템의 움직임이 매우 불안정해서 행성들이 곧 항성 앞을 일렬로 늘어서는 현상이 멈출 것이라고 보고 있다. 아마도 200년 후에는 세 행성 중 두 행성만이 지구에서 관측 시 항성 앞을 지나가는 모습을 보일 것으로 예상된다. 앞으로도 ASTEP 같은 새로운 개념의 망원경이 독특한 외계 행성들을 계속 찾아낼 것으로 기대된다.

36년 동안 우주의 심연을 들여다보고 있는 허블우주망원경(Hubble Space Telescope·이하 허블)의 모습이 또 다른 위성에 포착됐다. 지난 24일(현지시간) 미국 위성업체 밴터(Vantor)는 ‘월드뷰 리전’ 위성이 촬영한 허블의 모습을 소셜미디어 엑스에 공개했다. 이 사진에는 인류 역사상 가장 상징적인 과학 장비로 꼽히는 허블이 생생하게 담겨 있다. 사진에는 은빛으로 빛나는 허블 특유의 원통형 본체와 열 차폐막, 태양전지판 그리고 망원경 앞쪽의 열린 개구부까지 선명하게 담겼다. 놀라운 점은 지상에 떠 있는 허블을 또 다른 위성이 촬영했다는 사실이다. 허블은 약 547㎞ 상공에서 시속 2만 7000㎞라는 속도로 지구 궤도를 돌고 있는데, 이를 월드뷰 리전이 포착한 것으로 둘 사이의 거리는 61.80㎞다. 특히 이날 밴터가 허블 사진을 공개한 이유가 있다. 바로 허블이 발사된 지 36주년이 되는 날이기 때문이다. 밴터는 “30년이 넘는 세월 동안 허블은 우주에 대한 우리의 이해를 넓혀주었으며 획기적인 과학적 발견을 통해 계속해서 영감을 주고 있다”며 축하했다. 허블은 1990년 4월 24일 미 항공우주국(NASA)의 디스커버리호에 실려 우주로 날아올랐다. 36년째 97분마다 지구를 돌며 먼 우주를 관측하고 있는데 대기의 간섭 없이 우주를 관측하기 위해 제작됐다. 허블은 긴 세월 동안 외계행성, 블랙홀, 암흑에너지 존재, 우주의 가속 팽창 등을 포착하며 천문학계에 혁명을 일으켰다. NASA에 따르면 허블은 지금까지 약 170만 건의 관측을 수행했으며, 이를 통해 전문가들은 2만 2000건 이상의 논문을 발표했다. NASA는 허블이 기기 노후화로 여러 문제를 일으키고 있으나 2035년까지 계속 활동할 것이라는 낙관적인 전망을 했다.

‘코스모스’를 쓴 미국의 천문학자 칼 세이건은 보이저 1호가 보내온 사진 속 지구를 보고 ‘창백한 푸른 점’이라고 말했다. 그런데, 먼 은하를 찍은 사진 속에서 보이는 ‘붉은 점’들은 생긴 지 얼마 안 되는 블랙홀일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 영국 맨체스터대 천체물리학 센터, 벨파스트 퀸스대 천체물리학 연구센터, 서섹스대 천문학 연구센터, 덴마크 닐스 보어 연구소 초기 우주 연구센터, 코펜하겐대, 스위스 제네바대 공동 연구팀은 먼 은하에서 ‘작은 붉은 점’으로 알려진 신비한 천체가 젊은 초거대중량 블랙홀일 가능성이 크다고 밝혔다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 1월 15일 자에 실렸다. 초기 우주와 은하의 진화, 별의 생애, 외계행성 탐사를 목표로 발사된 제임스 웹 우주 망원경은 지금까지 다양한 영상 자료를 전송했다. 영상 자료 속 작은 붉은 점들에 대해 초거대 블랙홀이나 별 형성 징후로 여겨졌지만, 지금까지 알려진 범주에 포함되지 않아 천문학자들 사이에서 논란이 있었다. 연구팀은 시간 변화에 따른 작은 붉은 점들의 거동을 잘 파악하기 위해 개별적으로 연구된 12개 은하의 데이터와 추가로 18개 은하에서 얻은 데이터를 비교 분석했다. 연구팀은 이들 은하 중심부에서 나오는 방출 스펙트럼을 연구한 결과, 이 스펙트럼은 은하 중심의 블랙홀을 둘러싸고 있는 고밀도 가스 구름 속 전자들에 광자(光子)가 부딪혀 산란하면서 발생한 것으로 밝혀졌다. 이번에 발견된 초거대중량 블랙홀의 크기는 기존 추정치보다 100분의1 수준으로 계산됐다. 이 작은 블랙홀들은 고밀도 가스에 둘러싸여 있는 것으로 확인됐다. 블랙홀들은 발달 초기 단계에 있으며, 이 시기에는 블랙홀이 밀도 높은 물질 속에 파묻혀 있어 X선과 전파를 차단하고 그 빛을 특정한 패턴으로 재형성한다고 연구팀은 설명했다. 요리스 위트스톡 덴마크 코펜하겐대 박사는 “이번 연구 결과는 초기 우주에서 지금까지 알려지지 않은 블랙홀 성장 과정을 보여준다”고 말했다.

영국의 저명한 우주과학자가 향후 50년 안에 외계 생명체의 존재를 뒷받침할 과학적 증거가 발견될 수 있다고 전망했다. 생명체의 형태는 미생물 수준일 가능성이 크지만, 인류가 우주에서 ‘혼자가 아닐 수 있다’는 사실을 확인하는 전환점이 될 수 있다는 평가다. 매기 애더린-포콕 박사는 21일(현지시간) 데일리메일 인터뷰에서 “우주에는 약 2000억 개의 은하가 존재한다”며 “이런 규모에서 생명이 지구에만 존재한다고 보기는 어렵다”고 밝혔다. 그는 2075년 이전에 외계 생명체에 대한 ‘긍정적 탐지’가 이뤄질 것이라고 강조했다. 긍정적 탐지는 외계 생명체와의 직접적인 접촉이나 문명 발견을 의미하는 것이 아니라 외계 행성의 대기나 토양에서 생명 활동이 있어야만 설명 가능한 화학 물질이나 생명 지표가 과학적으로 확인되는 단계를 뜻한다. 다시 말해 비생물학적 과정만으로는 설명하기 어려운 신호가 관측되는 수준이다. 애더린-포콕 박사는 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 물리·천문학과 소속으로, 이번 발언은 연말 크리스마스 시즌에 열리는 왕립연구소의 연례 과학 강연을 앞두고 나왔다. 이 강연은 영국에서 가장 권위 있는 대중 과학 강연 시리즈 중 하나로 꼽힌다. 이러한 전망은 우주의 규모와 통계적 접근에 기반한다. 박사는 은하 하나에만 수천억 개의 별이 존재하고 최근 수십 년 사이 이들 주변에서 수많은 외계 행성이 확인되고 있다는 점을 근거로 들었다. ◆ “2075년 이전 긍정적 탐지”…외계 생명 발견 시점 전망 애더린-포콕 박사는 이러한 확신의 배경으로 1961년 제시된 드레이크 방정식을 언급했다. 이 이론은 은하 내 별의 수와 행성 존재 확률, 생명 발생 조건 등을 종합해 외계 생명체의 존재 가능성을 추정하는 방식이다. 박사는 “이미 행성은 흔하다는 사실이 확인됐고 이제 남은 질문은 그중 어디에 생명이 존재하느냐”라고 설명했다. 다만 그는 외계 생명체 발견이 곧바로 ‘외계 문명과의 조우’를 의미하지는 않는다고 선을 그었다. 박사는 초기 단계에서 확인될 가능성이 가장 높은 것은 미생물 수준의 단순한 생명체라고 밝혔다. 최근 관측 결과도 이러한 기대를 키우고 있다. 지구에서 약 124광년 떨어진 외계행성 K2-18b의 대기에서는 생명 활동이 있어야 장기간 유지되기 어려운 분자가 탐지됐다. 과학자들은 이 행성이 두꺼운 수소 대기 아래 거대한 바다가 존재하는 ‘하이시언(Hycean) 세계’, 즉 지구형 행성보다 더 넓은 조건에서 미생물 생명체가 존재할 수 있는 환경일 가능성도 제기하고 있다. 미국 항공우주국(NASA)은 화성의 고대 강바닥 퇴적층에서 특이한 광물 구조를 발견했다고 밝혔다. 이는 과거 화성에 미생물이 존재했을 가능성을 시사하는 단서로 해석된다. 다만 이러한 관측 결과들은 아직 초기 단계로, 비생물학적 원인을 배제하기 위한 추가 관측과 검증이 필요하다는 게 과학계의 공통된 입장이다. 애더린-포콕 박사는 외계 생명체를 발견할 경우 지구 생태계와의 접촉을 철저히 차단해야 한다고 강조했다. 그는 “외계 생명은 완전히 격리된 상태에서 분석돼야 한다”며 화성 토양 샘플을 지구로 가져와 연구하기 위한 시설이 준비되고 있다고 설명했다. 박사는 “우주에서 바라본 지구에는 국경도 경계도 없다”며 “우주 탐사는 인류를 하나로 묶는 계기가 될 수 있다”고 덧붙였다.

영국의 저명한 우주과학자가 향후 50년 안에 외계 생명체의 존재를 뒷받침할 과학적 증거가 발견될 수 있다고 전망했다. 생명체의 형태는 미생물 수준일 가능성이 크지만, 인류가 우주에서 ‘혼자가 아닐 수 있다’는 사실을 확인하는 전환점이 될 수 있다는 평가다. 매기 애더린-포콕 박사는 21일(현지시간) 데일리메일 인터뷰에서 “우주에는 약 2000억 개의 은하가 존재한다”며 “이런 규모에서 생명이 지구에만 존재한다고 보기는 어렵다”고 밝혔다. 그는 2075년 이전에 외계 생명체에 대한 ‘긍정적 탐지’가 이뤄질 것이라고 강조했다. 긍정적 탐지는 외계 생명체와의 직접적인 접촉이나 문명 발견을 의미하는 것이 아니라 외계 행성의 대기나 토양에서 생명 활동이 있어야만 설명 가능한 화학 물질이나 생명 지표가 과학적으로 확인되는 단계를 뜻한다. 다시 말해 비생물학적 과정만으로는 설명하기 어려운 신호가 관측되는 수준이다. 애더린-포콕 박사는 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 물리·천문학과 소속으로, 이번 발언은 연말 크리스마스 시즌에 열리는 왕립연구소의 연례 과학 강연을 앞두고 나왔다. 이 강연은 영국에서 가장 권위 있는 대중 과학 강연 시리즈 중 하나로 꼽힌다. 이러한 전망은 우주의 규모와 통계적 접근에 기반한다. 박사는 은하 하나에만 수천억 개의 별이 존재하고 최근 수십 년 사이 이들 주변에서 수많은 외계 행성이 확인되고 있다는 점을 근거로 들었다. ◆ “2075년 이전 긍정적 탐지”…외계 생명 발견 시점 전망 애더린-포콕 박사는 이러한 확신의 배경으로 1961년 제시된 드레이크 방정식을 언급했다. 이 이론은 은하 내 별의 수와 행성 존재 확률, 생명 발생 조건 등을 종합해 외계 생명체의 존재 가능성을 추정하는 방식이다. 박사는 “이미 행성은 흔하다는 사실이 확인됐고 이제 남은 질문은 그중 어디에 생명이 존재하느냐”라고 설명했다. 다만 그는 외계 생명체 발견이 곧바로 ‘외계 문명과의 조우’를 의미하지는 않는다고 선을 그었다. 박사는 초기 단계에서 확인될 가능성이 가장 높은 것은 미생물 수준의 단순한 생명체라고 밝혔다. 최근 관측 결과도 이러한 기대를 키우고 있다. 지구에서 약 124광년 떨어진 외계행성 K2-18b의 대기에서는 생명 활동이 있어야 장기간 유지되기 어려운 분자가 탐지됐다. 과학자들은 이 행성이 두꺼운 수소 대기 아래 거대한 바다가 존재하는 ‘하이시언(Hycean) 세계’, 즉 지구형 행성보다 더 넓은 조건에서 미생물 생명체가 존재할 수 있는 환경일 가능성도 제기하고 있다. 미국 항공우주국(NASA)은 화성의 고대 강바닥 퇴적층에서 특이한 광물 구조를 발견했다고 밝혔다. 이는 과거 화성에 미생물이 존재했을 가능성을 시사하는 단서로 해석된다. 다만 이러한 관측 결과들은 아직 초기 단계로, 비생물학적 원인을 배제하기 위한 추가 관측과 검증이 필요하다는 게 과학계의 공통된 입장이다. 애더린-포콕 박사는 외계 생명체를 발견할 경우 지구 생태계와의 접촉을 철저히 차단해야 한다고 강조했다. 그는 “외계 생명은 완전히 격리된 상태에서 분석돼야 한다”며 화성 토양 샘플을 지구로 가져와 연구하기 위한 시설이 준비되고 있다고 설명했다. 박사는 “우주에서 바라본 지구에는 국경도 경계도 없다”며 “우주 탐사는 인류를 하나로 묶는 계기가 될 수 있다”고 덧붙였다.

태양계에서 가장 밀도가 높은 행성은 지구로, 그 밀도는 약 5.52g/㎤이다. 하지만 태양계 밖에서는 이보다 훨씬 다양한 밀도를 가진 외계 행성들이 존재한다. 솜사탕처럼 가벼운 가스 행성부터 지구보다 단단한 슈퍼 지구형 행성까지 그 스펙트럼은 매우 넓다. 최근 스위스 제네바 대학의 멜리사 홉슨이 이끄는 연구팀은 지구에서 195광년 떨어진 별 TOI-2322 주변에서 역대 가장 높은 밀도를 가진 외계 행성을 발견했다. 이 행성은 TOI-2322c로, 그 밀도가 무려 14.69g/㎤에 달한다. 지구의 밀도보다 거의 3배나 높으며, 심지어 납(11.34g/㎤)보다도 높은 수치다. 연구팀은 NASA의 외계 행성 탐사 위성 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 2018년부터 2023년까지 관측한 데이터를 분석했다. TESS는 행성이 별 앞을 가로질러 지나갈 때 발생하는 주기적인 별빛 감소를 통해 행성의 존재를 포착한다. 연구팀은 TESS의 데이터와 유럽 남방 천문대(ESO)의 초대형 망원경(VLT)에 설치된 에스프레소(ESPRESSO) 장비를 활용해 TOI-2322 주변을 정밀하게 분석했다. 에스프레소는 별의 미세한 흔들림을 측정하는 시선 속도법(radial velocity method)을 사용해 행성의 질량을 추정한다. 이 두 가지 관측 방법을 결합하여 TOI-2322 주변에 두 개의 암석 행성이 있다는 사실을 확인했다. 두 행성 중 안쪽에 있는 TOI-2322b는 지구 질량의 2.03배이며 공전 주기는 11.3일이다. 바깥쪽에 있는 TOI-2322c는 지구 질량의 18배에 달하는 거대한 슈퍼 지구형 행성이지만, 지름은 지구의 1.87배에 불과하다. 이처럼 작은 크기에 비해 엄청난 질량을 가져 밀도가 매우 높게 나타난 것이다. 과학자들은 TOI-2322c가 납보다 밀도가 높은 특이한 원소로만 이루어졌을 가능성은 낮다고 본다. 대신, 철과 니켈이 풍부한 거대한 금속 핵을 가지고 있을 가능성이 높고 행성의 막대한 중력에 의해 구성 물질이 강하게 압축돼 밀도가 더욱 높아진 것으로 추정된다. TOI-2322c의 발견은 우주에 존재하는 행성들이 얼마나 다양한 물리적 특성을 가질 수 있는지 보여주는 중요한 사례다. TESS는 2018년 이후 20만개의 별을 관측하며 7600개의 행성 후보를 찾아냈고, 그 중 686개를 외계 행성으로 확정했다. 앞으로도 TESS가 포착한 수많은 후보들을 분석하면 TOI-2322c처럼 극단적인 형태의 외계 행성이나 지구와 매우 유사한 행성들이 추가로 발견될 것으로 기대된다.

태양계에서 가장 밀도가 높은 행성은 지구로, 그 밀도는 약 5.52g/㎤이다. 하지만 태양계 밖에서는 이보다 훨씬 다양한 밀도를 가진 외계 행성들이 존재한다. 솜사탕처럼 가벼운 가스 행성부터 지구보다 단단한 슈퍼 지구형 행성까지 그 스펙트럼은 매우 넓다. 최근 스위스 제네바 대학의 멜리사 홉슨이 이끄는 연구팀은 지구에서 195광년 떨어진 별 TOI-2322 주변에서 역대 가장 높은 밀도를 가진 외계 행성을 발견했다. 이 행성은 TOI-2322c로, 그 밀도가 무려 14.69g/㎤에 달한다. 지구의 밀도보다 거의 3배나 높으며, 심지어 납(11.34g/㎤)보다도 높은 수치다. 연구팀은 NASA의 외계 행성 탐사 위성 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 2018년부터 2023년까지 관측한 데이터를 분석했다. TESS는 행성이 별 앞을 가로질러 지나갈 때 발생하는 주기적인 별빛 감소를 통해 행성의 존재를 포착한다. 연구팀은 TESS의 데이터와 유럽 남방 천문대(ESO)의 초대형 망원경(VLT)에 설치된 에스프레소(ESPRESSO) 장비를 활용해 TOI-2322 주변을 정밀하게 분석했다. 에스프레소는 별의 미세한 흔들림을 측정하는 시선 속도법(radial velocity method)을 사용해 행성의 질량을 추정한다. 이 두 가지 관측 방법을 결합하여 TOI-2322 주변에 두 개의 암석 행성이 있다는 사실을 확인했다. 두 행성 중 안쪽에 있는 TOI-2322b는 지구 질량의 2.03배이며 공전 주기는 11.3일이다. 바깥쪽에 있는 TOI-2322c는 지구 질량의 18배에 달하는 거대한 슈퍼 지구형 행성이지만, 지름은 지구의 1.87배에 불과하다. 이처럼 작은 크기에 비해 엄청난 질량을 가져 밀도가 매우 높게 나타난 것이다. 과학자들은 TOI-2322c가 납보다 밀도가 높은 특이한 원소로만 이루어졌을 가능성은 낮다고 본다. 대신, 철과 니켈이 풍부한 거대한 금속 핵을 가지고 있을 가능성이 높고 행성의 막대한 중력에 의해 구성 물질이 강하게 압축돼 밀도가 더욱 높아진 것으로 추정된다. TOI-2322c의 발견은 우주에 존재하는 행성들이 얼마나 다양한 물리적 특성을 가질 수 있는지 보여주는 중요한 사례다. TESS는 2018년 이후 20만개의 별을 관측하며 7600개의 행성 후보를 찾아냈고, 그 중 686개를 외계 행성으로 확정했다. 앞으로도 TESS가 포착한 수많은 후보들을 분석하면 TOI-2322c처럼 극단적인 형태의 외계 행성이나 지구와 매우 유사한 행성들이 추가로 발견될 것으로 기대된다.

2019년 나사(NASA·미 항공우주국)의 행성 탐사위성 테스(TESS)가 지구에서 불과(?) 35광년 떨어진 적색왜성 L98-59 주변에서 3개의 행성을 포착해 우주 생명체 탐사에 새로운 불씨를 지폈다. 이 가운데 가장 안쪽에 위치한 L98-59 b는 지구 지름의 84%, 질량은 절반 수준으로, 지구보다 작은 외계행성 가운데 크기와 질량이 가장 정밀하게 측정된 사례로 기록됐다. 유럽남방천문대(ESO) 과학자들은 에스프레소(ESPRESSO) 장치를 이용해 L98-59 행성계를 더 자세히 조사했고, 그 결과 네 번째 행성인 L98-59 e를 발견하는 데 성공했다. 또 다섯 번째 행성인 L98-59 f의 존재를 시사하는 증거도 포착해 흥미를 더했다. 캐나다 몬트리올대 트로티어 외계행성 연구소(IREx) 연구팀은 하프스(HARPS·칠레에 설치된 3.6m 구경 우주망원경), 에스프레소는 물론 테스와 제임스 웹 우주 망원경 등 현존하는 모든 장비를 동원해 다섯 번째 행성 L98-59 f의 존재를 확정하고 크기와 궤도 등 주요 정보를 상세하게 확인했다. 지구를 닮은 ‘쌍둥이 행성’의 비밀L98-59 f가 과학자들의 주목을 받는 가장 큰 이유는 모항성에서 받는 에너지양이 지구가 태양에서 받는 에너지와 거의 유사하기 때문이다. 이는 생명체 존재 가능성이 높은 외계행성으로 지목되는 핵심적 요인이다. L98-59 f의 모항성인 L98-59는 8억년 이상된 별로, 지구에 최초 생명체가 탄생했던 시기를 고려할 때 초기 단계의 광합성 생물이 존재할 가능성이 있다. 행성을 지키는 ‘보호막’의 존재? 대기 보존 가능성 주목!L98-59 f가 관심을 끄는 또 다른 이유는 그 질량에 있다. 이 행성은 지구 질량의 2.82배 이상으로, 적색왜성의 강력한 표면 폭발 현상인 플레어(flare)로부터 대기를 보호할 수 있는 강한 자기장과 중력을 지니고 있을 가능성이 크다. L98-59 f는 큰 질량과 적당한 거리 덕분에 대기를 보존하고 있을 가능성이 상당한 만큼 앞으로의 관측 결과가 주목된다. 연구팀은 L98-59 f가 제임스 웹 우주 망원경의 주요 관측 목표가 될 것으로 기대한다. L98-59 f가 외계 생명체의 존재를 입증할 첫 번째 행성이 될 수 있을까?

2019년 나사(NASA·미 항공우주국)의 행성 탐사위성 테스(TESS)가 지구에서 불과(?) 35광년 떨어진 적색왜성 L98-59 주변에서 3개의 행성을 포착해 우주 생명체 탐사에 새로운 불씨를 지폈다. 이 가운데 가장 안쪽에 위치한 L98-59 b는 지구 지름의 84%, 질량은 절반 수준으로, 지구보다 작은 외계행성 가운데 크기와 질량이 가장 정밀하게 측정된 사례로 기록됐다. 유럽남방천문대(ESO) 과학자들은 에스프레소(ESPRESSO) 장치를 이용해 L98-59 행성계를 더 자세히 조사했고, 그 결과 네 번째 행성인 L98-59 e를 발견하는 데 성공했다. 또 다섯 번째 행성인 L98-59 f의 존재를 시사하는 증거도 포착해 흥미를 더했다. 캐나다 몬트리올대 트로티어 외계행성 연구소(IREx) 연구팀은 하프스(HARPS·칠레에 설치된 3.6m 구경 우주망원경), 에스프레소는 물론 테스와 제임스 웹 우주 망원경 등 현존하는 모든 장비를 동원해 다섯 번째 행성 L98-59 f의 존재를 확정하고 크기와 궤도 등 주요 정보를 상세하게 확인했다. 지구를 닮은 ‘쌍둥이 행성’의 비밀L98-59 f가 과학자들의 주목을 받는 가장 큰 이유는 모항성에서 받는 에너지양이 지구가 태양에서 받는 에너지와 거의 유사하기 때문이다. 이는 생명체 존재 가능성이 높은 외계행성으로 지목되는 핵심적 요인이다. L98-59 f의 모항성인 L98-59는 8억년 이상된 별로, 지구에 최초 생명체가 탄생했던 시기를 고려할 때 초기 단계의 광합성 생물이 존재할 가능성이 있다. 행성을 지키는 ‘보호막’의 존재? 대기 보존 가능성 주목!L98-59 f가 관심을 끄는 또 다른 이유는 그 질량에 있다. 이 행성은 지구 질량의 2.82배 이상으로, 적색왜성의 강력한 표면 폭발 현상인 플레어(flare)로부터 대기를 보호할 수 있는 강한 자기장과 중력을 지니고 있을 가능성이 크다. L98-59 f는 큰 질량과 적당한 거리 덕분에 대기를 보존하고 있을 가능성이 상당한 만큼 앞으로의 관측 결과가 주목된다. 연구팀은 L98-59 f가 제임스 웹 우주 망원경의 주요 관측 목표가 될 것으로 기대한다. L98-59 f가 외계 생명체의 존재를 입증할 첫 번째 행성이 될 수 있을까?

자기 몸을 불살라 별을 폭발시키는 외계행성이 처음으로 발견됐다. 지난 7일(현지시간) 로이터 통신 등 외신은 모항성과 너무 가까운 공전으로 에너지 폭발을 유도해 죽음을 자초하는 외계행성이 처음으로 발견됐다고 보도했다. 유럽우주국(ESA) 키옵스(Cheops) 우주망원경을 통해 처음 존재가 확인된 이 항성의 이름은 ‘HIP 67522’. 지구에서 약 407광년 떨어진 곳에 있는 HIP 67522는 태양보다 약간 더 크고 나이는 1700만 년에 불과해 갓난아기 수준이다. 특히 HIP 67522는 2개의 행성을 거느리고 있는데, 이중 연구 대상이 된 것은 ‘HIP 67522 b’다. 이 행성은 목성과 크기가 비슷하지만 질량은 5% 수준으로 말 그대로 솜사탕처럼 부풀어 오른 천체다. 흥미로운 점은 HIP 67522 b가 7일마다 HIP 67522를 공전할 만큼 바짝 붙어있다는 사실이다. 여기에 HIP 67522 b가 항성 가까이 공전하면서 별 표면의 에너지 폭발을 유도하고 있다는 것이 새롭게 밝혀졌다. 곧 이 행성은 자기장으로 별의 대규모 플레어를 일으키는데, 반대로 이는 자신의 대기를 층층이 벗겨내면서 생명을 단축해 말 그대로 ‘죽음을 자초하는 행성’이 된다. 연구를 이끈 네덜란드 전파천문학 연구소 예카테리나 일린 박사는 “이 행성은 특히 별의 강력한 플레어를 촉발하는 것으로 보인다”면서 “행성의 존재가 항성의 자기장을 교란해 항성이 격렬하게 폭발하고 주변에 방사선을 쏟아낸다”고 설명했다. 이어 “행성이 모항성에 강력한 플레어를 유발하는 별과 행성의 자기적 상호작용의 명확한 증거를 최초로 발견했다”며 의미를 부여했다. 이번 연구 결과는 행성이 항성의 활동에 직접적인 영향을 준다는 사실을 밝혀낸 첫 사례로, 국제학술지 네이처(Nature) 최신 호에 발표됐다.

자기 몸을 불살라 별을 폭발시키는 외계행성이 처음으로 발견됐다. 지난 7일(현지시간) 로이터 통신 등 외신은 모항성과 너무 가까운 공전으로 에너지 폭발을 유도해 죽음을 자초하는 외계행성이 처음으로 발견됐다고 보도했다. 유럽우주국(ESA) 키옵스(Cheops) 우주망원경을 통해 처음 존재가 확인된 이 항성의 이름은 ‘HIP 67522’. 지구에서 약 407광년 떨어진 곳에 있는 HIP 67522는 태양보다 약간 더 크고 나이는 1700만 년에 불과해 갓난아기 수준이다. 특히 HIP 67522는 2개의 행성을 거느리고 있는데, 이중 연구 대상이 된 것은 ‘HIP 67522 b’다. 이 행성은 목성과 크기가 비슷하지만 질량은 5% 수준으로 말 그대로 솜사탕처럼 부풀어 오른 천체다. 흥미로운 점은 HIP 67522 b가 7일마다 HIP 67522를 공전할 만큼 바짝 붙어있다는 사실이다. 여기에 HIP 67522 b가 항성 가까이 공전하면서 별 표면의 에너지 폭발을 유도하고 있다는 것이 새롭게 밝혀졌다. 곧 이 행성은 자기장으로 별의 대규모 플레어를 일으키는데, 반대로 이는 자신의 대기를 층층이 벗겨내면서 생명을 단축해 말 그대로 ‘죽음을 자초하는 행성’이 된다. 연구를 이끈 네덜란드 전파천문학 연구소 예카테리나 일린 박사는 “이 행성은 특히 별의 강력한 플레어를 촉발하는 것으로 보인다”면서 “행성의 존재가 항성의 자기장을 교란해 항성이 격렬하게 폭발하고 주변에 방사선을 쏟아낸다”고 설명했다. 이어 “행성이 모항성에 강력한 플레어를 유발하는 별과 행성의 자기적 상호작용의 명확한 증거를 최초로 발견했다”며 의미를 부여했다. 이번 연구 결과는 행성이 항성의 활동에 직접적인 영향을 준다는 사실을 밝혀낸 첫 사례로, 국제학술지 네이처(Nature) 최신 호에 발표됐다.

천문학자들은 몇십 년 동안 6000개가 넘는 외계행성을 발견했다. 처음 발견한 행성들은 별에서 매우 가깝고 목성보다 큰 행성으로 태양계에는 존재하지 않는 형태의 행성들이었다. 과학자들은 이들 행성을 뜨거운 목성형 행성으로 분류했다. 이후 과학자들은 지구와 비슷한 암석 행성을 비롯해 슈퍼지구형 외계행성, 미니 해왕성형 외계행성 등 다양한 외계 행성을 발견했지만, 뜨거운 목성형 행성은 여전히 과학계에서 뜨거운 감자로 많은 논쟁과 연구 대상이 되고 있다. 기존의 행성 생성 이론으로는 설명하기 힘든 천체이기 때문이다. 행성은 갓 태어난 별 주변의 가스와 먼지구름인 원시 행성계 원반에서 태어나는데, 별에 가까운 곳에서는 강한 항성풍과 높은 온도로 인해 가스와 먼지가 뭉쳐 행성을 형성하기 힘들다고 알려져 있다. 이는 이론적으로 예측됐을 뿐 아니라 실제 관측을 통해서도 밝혀졌다. 따라서 뜨거운 목성형 행성들은 가스와 먼지가 풍부한 먼 궤도에서 생성된 후 수성 궤도보다 훨씬 안쪽 궤도로 이동한 것으로 여겨진다. 하지만 일반적으로 목성보다 큰 행성을 이렇게 먼 장소로 이동시키기 위해서는 매우 큰 힘이 필요하다. 과학자들은 다른 거대 가스 행성이나 별의 중력이 아니라면 이런 힘이 설명되지 않는다고 보고 있다. 미국 예일대학의 말레나 라이스 박사(천문학과 조교수)와 그의 동료들은 이 가운데 다른 별에 의한 중력 간섭을 연구했다. 우주에는 태양처럼 혼자 있는 별만큼 두 개의 별이 서로의 주위를 공전하는 쌍성계가 많은데, 쌍성계가 각각의 행성에 중력 간섭을 일으키는 경우를 조사한 것이다. 연구팀은 폰 지펠-리도프-코자이 이동(ZLK·von Zeipel-Lidov-Kozai migration) 이론을 통해 이 과정을 설명했다. ZLK 이론을 기반으로 정교한 컴퓨터 시뮬레이션을 시행한 결과 연구팀은 뜨거운 목성형 행성이 생성될 수 있는 조건을 알아냈다. 핵심 조건은 거리였다. 적당한 거리에 떨어져 있는 두 개의 별 주변에 각각 목성형 가스 행성이 있는 경우 동반성의 중력이 수십억 년에 걸쳐 행성의 궤도를 안쪽으로 조금씩 이동시켜 두 개의 뜨거운 목성형 행성을 만들었다. 물론 뜨거운 목성형 행성이 생성되는 방식은 하나가 아닐 것으로 추정된다. 혼자 있는 별 주변에서도 뜨거운 목성이 발견되기 때문이다. 이 경우 다른 거대 행성의 중력 상호 작용으로 인해 하나는 별 주변으로 이동하고 하나는 먼 궤도나 혹은 아예 행성계에서 튕겨 나갔을 것으로 추정된다. 과학자들은 이 과정을 더 자세히 이해하기 위해 연구를 계속해 나갈 것이다.

천문학자들은 몇십 년 동안 6000개가 넘는 외계행성을 발견했다. 처음 발견한 행성들은 별에서 매우 가깝고 목성보다 큰 행성으로 태양계에는 존재하지 않는 형태의 행성들이었다. 과학자들은 이들 행성을 뜨거운 목성형 행성으로 분류했다. 이후 과학자들은 지구와 비슷한 암석 행성을 비롯해 슈퍼지구형 외계행성, 미니 해왕성형 외계행성 등 다양한 외계 행성을 발견했지만, 뜨거운 목성형 행성은 여전히 과학계에서 뜨거운 감자로 많은 논쟁과 연구 대상이 되고 있다. 기존의 행성 생성 이론으로는 설명하기 힘든 천체이기 때문이다. 행성은 갓 태어난 별 주변의 가스와 먼지구름인 원시 행성계 원반에서 태어나는데, 별에 가까운 곳에서는 강한 항성풍과 높은 온도로 인해 가스와 먼지가 뭉쳐 행성을 형성하기 힘들다고 알려져 있다. 이는 이론적으로 예측됐을 뿐 아니라 실제 관측을 통해서도 밝혀졌다. 따라서 뜨거운 목성형 행성들은 가스와 먼지가 풍부한 먼 궤도에서 생성된 후 수성 궤도보다 훨씬 안쪽 궤도로 이동한 것으로 여겨진다. 하지만 일반적으로 목성보다 큰 행성을 이렇게 먼 장소로 이동시키기 위해서는 매우 큰 힘이 필요하다. 과학자들은 다른 거대 가스 행성이나 별의 중력이 아니라면 이런 힘이 설명되지 않는다고 보고 있다. 미국 예일대학의 말레나 라이스 박사(천문학과 조교수)와 그의 동료들은 이 가운데 다른 별에 의한 중력 간섭을 연구했다. 우주에는 태양처럼 혼자 있는 별만큼 두 개의 별이 서로의 주위를 공전하는 쌍성계가 많은데, 쌍성계가 각각의 행성에 중력 간섭을 일으키는 경우를 조사한 것이다. 연구팀은 폰 지펠-리도프-코자이 이동(ZLK·von Zeipel-Lidov-Kozai migration) 이론을 통해 이 과정을 설명했다. ZLK 이론을 기반으로 정교한 컴퓨터 시뮬레이션을 시행한 결과 연구팀은 뜨거운 목성형 행성이 생성될 수 있는 조건을 알아냈다. 핵심 조건은 거리였다. 적당한 거리에 떨어져 있는 두 개의 별 주변에 각각 목성형 가스 행성이 있는 경우 동반성의 중력이 수십억 년에 걸쳐 행성의 궤도를 안쪽으로 조금씩 이동시켜 두 개의 뜨거운 목성형 행성을 만들었다. 물론 뜨거운 목성형 행성이 생성되는 방식은 하나가 아닐 것으로 추정된다. 혼자 있는 별 주변에서도 뜨거운 목성이 발견되기 때문이다. 이 경우 다른 거대 행성의 중력 상호 작용으로 인해 하나는 별 주변으로 이동하고 하나는 먼 궤도나 혹은 아예 행성계에서 튕겨 나갔을 것으로 추정된다. 과학자들은 이 과정을 더 자세히 이해하기 위해 연구를 계속해 나갈 것이다.

111광년 거리 준목성급 외계행성초기 행성 형성 과정 단서 제공별빛 가려주는 코로나그래프 사용직접 관측 외계행성 전체 2% 미만 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 111광년 떨어져 있는 태양 절반 크기의 어린별 주위 원시행성원반 속에서 준목성급 가스형 외계행성을 직접 발견했다. 프랑스 국립과학연구원(CNRS) 파리천문대 안-마리 라그랑주 박사팀은 26일 과학저널 네이처에서 웹 망원경이 어린별 ‘TWA 7’ 주위 원시행성원반 속에서 새로운 외계행성을 포착했다고 밝혔다. 연구팀은 TWA 7B라고 이름 붙인 이 행성이 웹 망원경으로 발견한 첫 번째 외계행성이라면서 이번 발견이 원시행성원반에서 초기 행성의 형성 과정에 대한 단서를 제공하리라 본다고 말했다. 행성은 새로 형성된 별 주위에서 발견되는 먼지와 가스로 이뤄진 원시행성원반에서 물질들이 뭉쳐 형성된다고 알려져 있으며, 원시행성원반은 목성 고리처럼 물질이 흩어져 있는 고리와 그 사이에 틈 구조로 돼 있다. 연구팀은 이런 고리와 틈 구조는 주변 물질을 밀어내거나 정렬시키는 중력을 가졌지만 보이지 않는 소위 ‘양치기 행성’(shepherd planet)의 존재를 암시한다고 여겨지지만 이런 행성을 직접 관측하기는 어려웠다고 지적했다. 이들은 이 연구에서 TWA 7 주위에 있는 고리 3개를 가진 원시행성원반에서 행성을 찾고자 기존 허블 우주망원경보다 성능이 100배 뛰어나고 현존 우주망원경 중 최고 성능이라고 평가받는 웹 망원경을 사용했다. TWA 7은 지구에서 111광년 떨어진 아주 젊은 별 집단인 ‘TW 히드라 성협’에 있는 별로, 질량은 태양의 46% 수준이며 나이는 약 640만년으로 추정된다. 1광년은 빛이 초속 30만㎞의 속도로 1년 동안 가는 거리로 약 9조 4600억 ㎞에 해당한다. 연구팀은 웹 망원경에 탑재된 중적외선 관측장비(MIRI)에 별의 빛을 가려 주변 천체들을 볼 수 있게 해주는 코로나그래프를 장착해 관측하는 방법으로 원시행성원반 고리 속에 있는 이번 행성을 발견했다. 원시행성원반 속에 새로 형성된 행성들은 아직 뜨거워서 오래된 행성들보다 더 밝게 보이고, 질량이 작은 행성은 원칙적으로 중적외선 영역에서 더 쉽게 탐지되기에 웹 망원경은 이 영역에서 독보적인 관측 성능을 보인다고 연구팀은 설명했다. 새로 발견된 행성은 목성보다는 작고 해왕성보다는 큰 준목성급 행성으로 질량은 목성의 0.3배로 추정되며, 모항성을 52천문단위(AU ·1AU는 지구와 태양 간 거리로 약 1억5000만㎞) 떨어진 궤도에서 공전하는 것으로 나타났다. 이 행성의 질량과 궤도 특성은 이 천체가 원시행성원반의 첫 번째 고리와 두 번째 고리 사이에서 형성될 때 갖게 되는 특성과 일치한다고 나타났다. 연구팀은 이번 행성은 질량이 목성의 30% 수준으로 지금까지 영상으로 포착된 외계행성 중 가장 작다며 이는 더 작은 외계행성을 영상화하는 연구의 새로운 진전이며 지구에 더 가까운 외계행성을 찾는 데 한 걸음 더 다가갔음을 의미한다고 말했다. 지금까지 발견된 외계행성은 6000개에 달한다. 1992년 4월 최초의 외계행성 2개가 발견되고 나서 33년이 지났는데 현재 기준으로 외계행성 5988개가 발견됐다. 이는 파리 천문대에서 만든 천문학 웹사이트 ‘외계행성 백과사전’의 대화형 외계행성 카탈로그에서 확인할 수 있다. 그러나 이 중 대부분은 행성이 모항성 앞을 지날 때 별빛이 약간 어두워지는 현상을 관측하는 이른바 ‘트랜짓’과 같은 간접적인 방법으로 확인한 것이다. 이 중 웹 망원경이 새로 발견한 외계행성과 같이 직접 관측한 외계행성은 전체의 2%도 채 되지 않는다고 로이터 통신은 짚었다.

111광년 거리 준목성급 외계행성초기 행성 형성 과정 단서 제공별빛 가려주는 코로나그래프 사용직접 관측 외계행성 전체 2% 미만 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 111광년 떨어져 있는 태양 절반 크기의 어린별 주위 원시행성원반 속에서 준목성급 가스형 외계행성을 직접 발견했다. 프랑스 국립과학연구원(CNRS) 파리천문대 안-마리 라그랑주 박사팀은 26일 과학저널 네이처에서 웹 망원경이 어린별 ‘TWA 7’ 주위 원시행성원반 속에서 새로운 외계행성을 포착했다고 밝혔다. 연구팀은 TWA 7B라고 이름 붙인 이 행성이 웹 망원경으로 발견한 첫 번째 외계행성이라면서 이번 발견이 원시행성원반에서 초기 행성의 형성 과정에 대한 단서를 제공하리라 본다고 말했다. 행성은 새로 형성된 별 주위에서 발견되는 먼지와 가스로 이뤄진 원시행성원반에서 물질들이 뭉쳐 형성된다고 알려져 있으며, 원시행성원반은 목성 고리처럼 물질이 흩어져 있는 고리와 그 사이에 틈 구조로 돼 있다. 연구팀은 이런 고리와 틈 구조는 주변 물질을 밀어내거나 정렬시키는 중력을 가졌지만 보이지 않는 소위 ‘양치기 행성’(shepherd planet)의 존재를 암시한다고 여겨지지만 이런 행성을 직접 관측하기는 어려웠다고 지적했다. 이들은 이 연구에서 TWA 7 주위에 있는 고리 3개를 가진 원시행성원반에서 행성을 찾고자 기존 허블 우주망원경보다 성능이 100배 뛰어나고 현존 우주망원경 중 최고 성능이라고 평가받는 웹 망원경을 사용했다. TWA 7은 지구에서 111광년 떨어진 아주 젊은 별 집단인 ‘TW 히드라 성협’에 있는 별로, 질량은 태양의 46% 수준이며 나이는 약 640만년으로 추정된다. 1광년은 빛이 초속 30만㎞의 속도로 1년 동안 가는 거리로 약 9조 4600억 ㎞에 해당한다. 연구팀은 웹 망원경에 탑재된 중적외선 관측장비(MIRI)에 별의 빛을 가려 주변 천체들을 볼 수 있게 해주는 코로나그래프를 장착해 관측하는 방법으로 원시행성원반 고리 속에 있는 이번 행성을 발견했다. 원시행성원반 속에 새로 형성된 행성들은 아직 뜨거워서 오래된 행성들보다 더 밝게 보이고, 질량이 작은 행성은 원칙적으로 중적외선 영역에서 더 쉽게 탐지되기에 웹 망원경은 이 영역에서 독보적인 관측 성능을 보인다고 연구팀은 설명했다. 새로 발견된 행성은 목성보다는 작고 해왕성보다는 큰 준목성급 행성으로 질량은 목성의 0.3배로 추정되며, 모항성을 52천문단위(AU ·1AU는 지구와 태양 간 거리로 약 1억5000만㎞) 떨어진 궤도에서 공전하는 것으로 나타났다. 이 행성의 질량과 궤도 특성은 이 천체가 원시행성원반의 첫 번째 고리와 두 번째 고리 사이에서 형성될 때 갖게 되는 특성과 일치한다고 나타났다. 연구팀은 이번 행성은 질량이 목성의 30% 수준으로 지금까지 영상으로 포착된 외계행성 중 가장 작다며 이는 더 작은 외계행성을 영상화하는 연구의 새로운 진전이며 지구에 더 가까운 외계행성을 찾는 데 한 걸음 더 다가갔음을 의미한다고 말했다. 지금까지 발견된 외계행성은 6000개에 달한다. 1992년 4월 최초의 외계행성 2개가 발견되고 나서 33년이 지났는데 현재 기준으로 외계행성 5988개가 발견됐다. 이는 파리 천문대에서 만든 천문학 웹사이트 ‘외계행성 백과사전’의 대화형 외계행성 카탈로그에서 확인할 수 있다. 그러나 이 중 대부분은 행성이 모항성 앞을 지날 때 별빛이 약간 어두워지는 현상을 관측하는 이른바 ‘트랜짓’과 같은 간접적인 방법으로 확인한 것이다. 이 중 웹 망원경이 새로 발견한 외계행성과 같이 직접 관측한 외계행성은 전체의 2%도 채 되지 않는다고 로이터 통신은 짚었다.

과학자들은 지금까지 6000개 이상의 외계행성을 확인했지만, 대부분은 직접 행성을 망원경으로 포착한 것이 아니라 행성의 중력이 별이 흔들리거나 별빛을 가리는 간접적인 방식을 이용해서 그 존재를 증명해왔다. 대부분의 행성이 너무 멀리 떨어져 있고 스스로 빛을 내는 별에 비해 너무 어두워 직접 이미지를 포착하기 어렵기 때문이다. 예를 들어 지구의 경우 태양이 방출하는 에너지의 22억분의 1을 받는 수준에 지나지 않기 때문에 태양보다 수십억 배 이상 어둡다. 이런 어려운 조건에도 과학자들은 수십 개 이상의 외계행성을 망원경으로 직접 포착하는 데 성공했다. 생성된 지 얼마 되지 않은 외계행성으로 아직 뜨겁고 질량이 크며 모항성과 적당히 떨어진 거리에 있는 등 여러 조건이 맞으면 드물 게 망원경으로 직접 관측이 가능하다. 최근 제임스 웹 우주망원경은 이런 조건에 맞지 않는 영하의 차가운 외계행성을 포착하는 데 성공했다. 지구에서 60광년 떨어진 태양과 비슷한 별 ‘14 허큘리스’(14 Herculis) 주변을 공전하는 ‘14 허큘리스 c’가 바로 그 주인공이다. 14 허큘리스 c의 표면 온도는 영하 3도에 불과하다. 이는 직접 망원경으로 관측한 외계행성 중 가장 차가운 것이다. 이렇게 온도가 낮은 이유는 이 행성이 모항성에서 멀리 떨어져 있기 때문이다. 14 허큘리스 c는 지구-태양 거리의 15배 정도 거리에서 14 허큘리스를 공전한다. 태양계로 치면 토성과 천왕성 중간 정도다. 제임스 웹 우주망원경의 근적외선카메라(NIRCam)는 이렇게 어두운 천체를 관측하는 데 특화되어 있다. 4.4 마이크로미터 근적외선 파장대에서 관측한 결과 14 허큘리스 c는 목성 질량의 7배에 달하는 거대한 행성으로 밝혀졌다. 그런데 질량과 낮은 표면 온도보다 더 놀라운 사실은 공전 궤도에 있다. 14 허큘리스 c는 더 안쪽에 있는 14 허큘리스 b와 40도 정도 기울어진 각도로 공전하고 있었다. 따라서 옆에서 보면 마치 X자 형태로 두 행성 궤도가 만나게 된다. 제임스 웹 우주망원경 관측 전에는 알 수 없었던 새로운 사실이다. 이런 독특한 공전 궤도는 현재 관측되지 않는 제3의 행성이나 다른 별의 중력 간섭에 의한 것으로 생각된다. 행성의 공전 궤도를 크게 바꿀 수 있는 중력을 지닌 천체가 14 허큘리스 b와 c의 공전 궤도를 크게 비틀어 놓은 것이다. 만약 다른 행성에 의한 것이라면 이 행성은 이미 밖으로 튕겨 나갔을 가능성도 있다. 제임스 웹 우주망원경은 외계행성의 대기를 분석하거나 이미지를 직접 포착하는 등 외계행성 연구에서 큰 활약을 보이고 있다. 이번에도 과거에는 알기 힘들었던 극단적인 행성계에 대한 정보를 제공했다. 앞으로도 제임스 웹 우주 망원경은 천문학의 최전선에서 인류의 지식을 크게 확장할 것으로 기대된다.

과학자들은 지금까지 6000개 이상의 외계행성을 확인했지만, 대부분은 직접 행성을 망원경으로 포착한 것이 아니라 행성의 중력이 별이 흔들리거나 별빛을 가리는 간접적인 방식을 이용해서 그 존재를 증명해왔다. 대부분의 행성이 너무 멀리 떨어져 있고 스스로 빛을 내는 별에 비해 너무 어두워 직접 이미지를 포착하기 어렵기 때문이다. 예를 들어 지구의 경우 태양이 방출하는 에너지의 22억분의 1을 받는 수준에 지나지 않기 때문에 태양보다 수십억 배 이상 어둡다. 이런 어려운 조건에도 과학자들은 수십 개 이상의 외계행성을 망원경으로 직접 포착하는 데 성공했다. 생성된 지 얼마 되지 않은 외계행성으로 아직 뜨겁고 질량이 크며 모항성과 적당히 떨어진 거리에 있는 등 여러 조건이 맞으면 드물 게 망원경으로 직접 관측이 가능하다. 최근 제임스 웹 우주망원경은 이런 조건에 맞지 않는 영하의 차가운 외계행성을 포착하는 데 성공했다. 지구에서 60광년 떨어진 태양과 비슷한 별 ‘14 허큘리스’(14 Herculis) 주변을 공전하는 ‘14 허큘리스 c’가 바로 그 주인공이다. 14 허큘리스 c의 표면 온도는 영하 3도에 불과하다. 이는 직접 망원경으로 관측한 외계행성 중 가장 차가운 것이다. 이렇게 온도가 낮은 이유는 이 행성이 모항성에서 멀리 떨어져 있기 때문이다. 14 허큘리스 c는 지구-태양 거리의 15배 정도 거리에서 14 허큘리스를 공전한다. 태양계로 치면 토성과 천왕성 중간 정도다. 제임스 웹 우주망원경의 근적외선카메라(NIRCam)는 이렇게 어두운 천체를 관측하는 데 특화되어 있다. 4.4 마이크로미터 근적외선 파장대에서 관측한 결과 14 허큘리스 c는 목성 질량의 7배에 달하는 거대한 행성으로 밝혀졌다. 그런데 질량과 낮은 표면 온도보다 더 놀라운 사실은 공전 궤도에 있다. 14 허큘리스 c는 더 안쪽에 있는 14 허큘리스 b와 40도 정도 기울어진 각도로 공전하고 있었다. 따라서 옆에서 보면 마치 X자 형태로 두 행성 궤도가 만나게 된다. 제임스 웹 우주망원경 관측 전에는 알 수 없었던 새로운 사실이다. 이런 독특한 공전 궤도는 현재 관측되지 않는 제3의 행성이나 다른 별의 중력 간섭에 의한 것으로 생각된다. 행성의 공전 궤도를 크게 바꿀 수 있는 중력을 지닌 천체가 14 허큘리스 b와 c의 공전 궤도를 크게 비틀어 놓은 것이다. 만약 다른 행성에 의한 것이라면 이 행성은 이미 밖으로 튕겨 나갔을 가능성도 있다. 제임스 웹 우주망원경은 외계행성의 대기를 분석하거나 이미지를 직접 포착하는 등 외계행성 연구에서 큰 활약을 보이고 있다. 이번에도 과거에는 알기 힘들었던 극단적인 행성계에 대한 정보를 제공했다. 앞으로도 제임스 웹 우주 망원경은 천문학의 최전선에서 인류의 지식을 크게 확장할 것으로 기대된다.

1990년 4월 24일 우주의 심연을 들여다보고 싶은 인류의 꿈을 담은 우주망원경이 미 항공우주국(NASA) 디스커버리호에 실려 힘차게 날아올랐다. 정확히 24일 발사 35주년을 맞은 허블우주망원경(Hubble Space Telescope)이다. 이날 허블을 공동 운영해 온 NASA와 유럽우주국(ESA)은 여러 축하 메시지와 천체 사진을 공개하며 35세 생일을 자축했다. 숀 도마갈 골드먼 NASA 천체물리학 부문장 대행은 “35년 전 허블이 발사되면서 우주로의 새로운 창을 열었다”면서 “오늘날에도 여전히 작동하고 있다는 사실은 그 가치와 역할을 증명하는 것”이라고 의미를 부여했다. 특히 이날 ESA는 허블이 여전한 ‘노익장’을 과시하며 최근 촬영한 4장의 기념 이미지를 공개했는데, 모두 경이로운 천체의 모습을 담고 있다. 먼저 이웃 행성 화성이다. 지난해 12월 28~30일 허블이 촬영한 이 사진은 화성이 궤도상 지구에 가장 가깝게 접근했을 때 모습이다. 사진에는 밝은 주황색의 타르시스 고원과 북극 만년설, 희미한 물 얼음 구름이 담겨있는데, 이는 허블의 독특한 자외선 관측 능력 덕분에 포착한 것이다. 또 다른 사진은 지난 1월 허블이 촬영한 지구에서 행성상 성운(행성 모양의 성운) NGC 2899다. 마치 우주를 훨훨 날아다니는 나비처럼 보이는데, 이는 중심부에 자리한 죽어가는 별에서 뿜어져 나온 다채로운 먼지와 가스 구름으로 형성된 것이다. 세 번째 사진은 지난달 허블이 촬영한 나선 은하 NGC 5335다. 이 은하는 중심부를 가로지르는 눈에 띄는 막대 구조를 보이며, 가장자리에는 별 생성의 흔적이 불규칙하게 소용돌이친다. 마지막 사진은 지난해 12월 허블이 촬영한 장미꽃 모양을 닮은 발광 산광성운인 장미성운(Rosette Nebula)이다. 다만 거대한 별 형성 영역의 일부만을 촬영해 전체적인 모습이 드러나지는 않는다. 35년째 지상 559㎞ 높이에서 97분마다 지구를 돌며 먼 우주를 관측하고 있는 허블은 대기의 간섭없이 멀고 먼 우주를 관측하기 위해 제작됐다. 허블은 35년이라는 긴 세월 동안 외계행성, 블랙홀, 암흑에너지 존재, 우주의 가속 팽창 등을 포착하며 천문학계에 혁명을 일으켰다. NASA에 따르면 허블은 지금까지 약 170만 건의 관측을 수행했으며, 이를 통해 전문가들은 2만 2000건 이상의 논문을 발표했다. 그러나 최근 몇 년 동안 허블은 기기의 여러 문제와 결함을 일으키면서 영구적인 작동 중단은 시간문제다. 특히 현재 세간의 관심은 최신형인 제임스 웹 우주 망원경으로 옮겨간 상황이다. 웹 망원경은 주경 지름이 6.5m로, 2.4m인 허블보다 2배 이상 크며 집광력은 7배가 넘는다. 다만 대표적인 두 우주망원경의 특징은 서로 다르다. 웹 망원경은 적외선 관측으로 특화된 망원경인데, 긴 파장의 적외선으로 관측할 경우 우주의 먼지 뒤에 숨은 대상까지 뚜렷하게 볼 수 있다. 이에 비해 허블은 가시광선, 근적외선 스펙트럼으로 천체를 본다. 따라서 웹 망원경과 허블이 촬영한 데이터를 결합해 서로 보완하면 우주에 대한 보다 포괄적인 통찰력을 얻을 수 있다.