[아하! 우주] 2015년 발견된 주목할 만한 ‘외계행성’

영화 '인터스텔라'와 '마션'에 빠져든 올해, 스크린이 아닌 우주에서는 영화보다 훨씬 흥미로운 행성들이 발견됐다.

지난 7월 인류는 태양계 끝자락에 있는, 지금은 왜소행성으로 강등된 명왕성과 조우했다. 그러나 태양계 밖에는 그보다 훨씬 더 셀 수 없이 많은 행성들이 존재한다.

천문학자들이 지금까지 우리 은하에서 찾아낸 외계행성의 개수는 1000개가 넘는다. 이중에는 슈퍼지구, 곧 생명체가 서식할 수 있는 외계세계도 분명 존재한다. 올 한해 태양계 밖에서 발견된 외계행성(外界行星)들을 정리해봤다. 　 　

- 지구 반만한 매우 가볍고 뜨거운 외계행성 발견

지난 6월 미국의 대표적인 민간 과학단체인 SETI 연구소측은 케플러 우주망원경으로 외계행성 ‘케플러-138b’(Kepler-138b)를 발견했다는 연구결과를 학술지 네이처(Nature)에 발표했다.

지구로부터 약 200광년 떨어진 거문고자리에 위치한 케플러-138b는 항성 ‘케플러-138’ 주위를 공전하는 행성이다. 이 논문이 더욱 가치가 높은 것은 케플러-138b의 크기와 질량을 측정하는데 성공했다는 사실이다.



일반적으로 지구보다 작은 크기의 행성은 발견하기가 쉽지 않고 그 사이즈를 측정하는 것은 더욱 어렵다. 그러나 연구팀은 행성과 항성과의 사이에서 발생하는 중력과 인력의 소위 ‘줄다리기 힘’을 측정해 케플러-138b의 크기와 질량을 계산했다.

연구팀에 따르면 케플러-138b의 크기는 지구의 절반 만하지만 질량은 지구의 15분의 1에 불과하다. 또한 케플러-138 주위를 단 10일 만에 공전할 만큼 항성과 매우 가까운 위치에 놓여있다.

- ‘슈퍼지구’ 유력후보 발견

지난 7월 미 항공우주국(NASA)은 전 세계에 인터넷으로 생중계된 브리핑을 통해 항성 ‘케플러-452’와 그 주변을 공전하는 행성 ‘케플러-452b’를 발견했다고 발표했다. 지금까지 발견된 행성 중 가장 지구와 유사한 환경을 가졌을 것으로 추정되는 케플러-452b는 지구의 1.6배 크기로 단번에 '슈퍼지구’의 유력후보로 떠올랐다.



이같은 근거의 이유는 항성 케플러-452가 우리 태양과 유사한 조건을 가졌기 때문이다. 케플러-452의 온도는 태양과 비슷하며 특히 케플러-452b는 생명체 서식 가능 구역으로 불리는 ‘골디락스 존’(Goldilocks zone)에 위치해 있다. 곧 행성이 항성(태양)과 너무 가깝지도(뜨겁지도) 멀지도(춥지도) 않은 적당한 지역에 위치해 있을 경우 생명체가 존재 가능한 행성이 될 수 있다는 추측이다.

그러나 케플러-452b는 지구와 무려 1400광년이나 떨어져 있어 사실 인류가 방문하는 것은 꿈 속에서나 가능하다.

- 태양 2개 뜨는 영화같은 ‘타투인 행성’ 발견

영화 ‘스타워즈’를 보면 주인공 루크 스카이워커가 살던 특이한 외계행성이 있다. 바로 태양이 두 개 뜨는 행성 ‘타투인’이다. 만약 이곳에서 하늘을 올려다 본다면 항상 대낮일 것 같은 ‘타투인’ 행성이 지난 8월 케플러 우주망원경을 통해 발견됐다.

미국 샌프란시스코 주립대학은 ‘골디락스 존’에 속하는 ‘케플러-453b’가 두 개의 태양 주위를 도는 소위 타투인 행성이라고 발표했다.

지구에서 약 1,400광년 떨어진 거문고자리의 ‘케플러-453계’(system)에 위치한 케플러-453b는 태양계의 ‘큰형님’ 목성과 토성같은 덩치 큰 가스형 행성이다. 이 때문에 케플러-453b는 골디락스 존에 속해있기는 하지만 생명체가 존재할 가능성은 없다.



놀라운 점은 케플러-453b가 두 개의 태양 주위를 공전한다는 점이다. 연구팀에 따르면 케플러-453b는 우리 태양에 각각 94%, 20%만한 크기의 항성을 지구달력으로 240일 만에 중력의 영향으로 인해 기우뚱한 모습으로 공전한다.

- 갓난아기 ‘외계 목성’ 발견

우리 태양계의 ‘큰형님’ 목성보다 더 큰 질량을 가진 어린 나이의 외계행성이 지난 8월 발견됐다.
미국 스탠포드 대학 등 공동연구팀은 지구에서 약 96광년 떨어진 곳에서 목성의 ‘아기 시절’에 해당되는 행성을 찾았다는 연구결과를 유명과학지 사이언스(Science)에 발표했다.

칠레에 위치한 제미니 천체망원경(Gemini Planet Imager·GPI)으로 포착한 이 행성의 이름은 ‘51 에리다니 b’(51 Eridani b). 목성보다 2배나 더 큰 질량을 가진 51 에리다니 b는 태양과 토성 거리보다 조금 더 먼 거리의 항성을 공전한다.

물론 목성같은 가스형 행성인 51 에리다니 b는 생명체가 살 수 있는 환경은 아니다. 행성의 대기는 유해한 메탄이 자욱하며 표면 온도 또한 섭씨 400도를 훌쩍 넘어선다. 그러나 이 발견이 가치가 높은 것은 행성의 나이가 불과 2000만년 정도에 불과하다는 점이다. 지구 나이인 45억 년과 비교하면 아직 행성으로서는 아직 젖도 못 뗀 수준.



연구에 참여한 트레비스 바만 애리조나 대학 교수는 “이 행성을 통해 수십 억 년 전 목성의 모습을 보는 것과 같다”면서 “행성 형성 그림맞추기 퍼즐의 한 조각을 찾아낸 것과 같다”고 의미를 설명했다.

- 크기는 지구, 온도는 금성닮은 행성 발견　

지구와 비슷한 크기 및 중력, 금성과 유사한 대기환경을 가진 행성이 태양계 밖에서 발견됐다.

지난 11월 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 연구팀은 지구에서 약 39광년 떨어진 곳에서 외계행성 'GJ1132b'를 발견했다고 발표했다. 이 행성은 지구 지름보다 약 16% 더 큰 1만 4800㎞로, 지면은 암석과 철 등으로 구성돼 있다. 질량은 지구보다 60% 더 크며 지구에서 약 39광년 떨어진 곳에 있다.

이 행성은 모항성인 백색왜성 'Gliese 1132'의 궤도를 돌고 있으며, 모항성과 GJ1132b와의 거리는 지구-태양보다 더 가깝다.



GJ1132b의 표면 온도는 137~307℃로 생명체가 살기에 부적합하지만 중력의 힘은 지구와 상당히 비슷하고, 금성의 환경과 유사해 ‘쌍둥이 금성’이라고도 불린다. 이 행성의 대기는 대부분 헬륨과 수소로 이루어져 있을 가능성이 높은데, 과거에 이 행성에 물이 존재했다면 분명 산소와 이산화탄소도 존재했을 것으로 과학자들은 추측하고 있다.

- 인터스텔라의 현실화…14광년 거리 ‘슈퍼지구’ 발견

이달 중순 호주 천문학자들은 지금까지 발견된 ‘슈퍼지구’ 중 가장 가까운 거리인 14광년 떨어진 뱀주인자리에서 ‘울프(Wolf) 1061c’라는 이름의 외계행성를 발견했다.



지구 질량의 4배가 넘는 이 암석형 행성은 '울프 1061'이라는 이름의 적색왜성을 공전하는 3개의 행성 중 하나이다. 이중 울프 1061c는 골디락스 존에 위치해 있는데, 액체로 된 물이 있을 가능성도 높다. 새로 발견된 이 3개의 외계행성들은 조그만 적색왜성 둘레를 각각 5일, 18일, 67일 만에 공전한다. 그 질량은 지구에 비해 각각 1.4, 4.3, 5.2배쯤 된다.

* ‘외계 행성 사냥꾼’ 케플러 우주 망원경

지난 2009년 NASA가 쏘아올린 케플러 우주 망원경은 수년 간의 분석이 필요할 만큼의 막대한 데이터를 지구로 보내왔다. 올해 1월 NASA는 케플러가 찾아낸 외계행성 후보 가운데 확인된 것만 1000개를 넘어섰다고 발표했다. 아직 확인을 기다리는 후보는 모두 4175개에 달한다. 케플러가 조사한 별의 숫자가 우리 은하의 1000억 개가 넘는 별의 극히 일부인 15만 개에 불과한 점을 생각하면 놀라운 숫자다.

1000번째를 기념하는 외계 행성은 두 개로 케플러 - 438b와 케플러 - 442b다. 케플러 – 438b는 지구에서 475광년 정도 떨어진 위치에 있으며 지구보다 12% 정도 큰 외계 행성으로 모성 주위를 35.2일을 주기로 공전한다. 케플러 – 442b는 더 먼 1100광년 떨어진 외계 행성으로 지구보다 33% 정도 더 크며 공전 주기는 112일이다.

앞으로 외계행성과 그 안에 숨어있을 슈퍼지구 찾기는 차세대 행성 사냥꾼 ‘TESS’(Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 맡는다. 오는 2017년 발사예정인 TESS는 사실상 임무가 종료된 케플러 우주망원경을 대신해 약 3000개 이상의 새 외계행성을 찾을 것으로 예상된다.

박종익 기자 pji@seoul.co.kr