지구와 비슷한 대기와 액체 물 존재…생명체 살 가능성 큰 외계행성 45개 발견

지구와 비슷한 대기와 액체 상태의 물이 존재해 생명체가 살 가능성이 큰 외계행성을 천문학자들이 무려 45개나 발견했다.

스웨덴 룰레오공대 연구진은 잠재적으로 거주할 수 있는 외계행성들의 대기 조성을 연구함으로써 이런 ‘먼 세상’에서 거주할 수 있는 가능성을 정하는 새로운 분석 기술을 만들었다.

이들 연구자는 대기 중의 화학 물질인 ‘대기 종류’에 관한 정보와 이런 물질이 우주로 얼마나 빨리 탈출하는지(대기 탈출)를 알아내 지구와 비교했을 때 기온과 대기 조성면에서 얼마나 비슷한지를 추정할 수 있었다.

그러고 나서 이들은 자신들이 만든 새로운 모형을 기존 외계행성 목록에 있는 잠재적으로 거주할 수 있는 후보 행성 55개에 적용했다. 기존 목록은 주성과의 거리에만 초점을 맞춘 것이었다.

그 결과, 기존 목록에 수록된 후보 행성 55개 중 17개만이 이번 연구에서 정의한 기준을 충족해 지구와 비슷한 것으로 나타났다.

연구자들은 또 이보다 좀 더 범위가 넓은 외계행성 목록에서도 28개의 행성이 지구와 비슷하다는 것을 발견해 지구와 비슷한 행성을 총 45개까지 끌어올렸다.

이에 따라 현재 외계행성을 탐사하기 위해 지구와 우주에 기반을 두고 있는 첨단 망원경들을 이용한 임무들을 수행하는 연구자들은 이번 연구에서 확인된 자료를 사용해 자신들의 탐사 연구에 활용할 수 있을 것이다.

이에 대해 연구자들은 “거주할 수 있는 외계행성을 찾는 것은 어려운 도전”이라면서 “이유는 별들 사이라는 그 먼 거리까지 우리가 탐사선을 보낼 수 없기 때문”이라고 설명했다.

실제로 잠재적으로 거주할 수 있는 대기를 지닌 가장 가까운 외계행성인 프록시마b도 무려 4.22광년 또는 40조㎞나 떨어져 있다. 미국항공우주국(NASA)의 주노 탐사선이 목성에 접근할 때 시속 26만5000㎞까지 도달했는데 이런 속도로 프록시마b에 간다면 1만7000년이 넘게 걸린다.

따라서 현재 외계행성이 생명체를 수용할 능력을 정하는 분석 기술은 대기 조성에 관한 저해상도 공간 및 스펙트럼 정보에 의존해야 한다.

그래서 이번 연구에서는 거주할 수 있는 외계행성의 최종 후보 목록을 만들기 위해 기체가 대기에서 어떻게 움직이는지에 관한 ‘기체 운동론’과 지금까지 확인된 외계행성의 대기에 남아있을 수 있는 화학 물질에 관한 목록을 사용했다고 이들 연구자는 설명했다.

이를 통해 이들은 탐지된 외계행성들에 관한 현재 지식을 바탕으로 그중 45개가 거주가능성 연구의 좋은 후보들이라고 결론지을 수 있었다고 밝혔다.

연구자들은 또 이런 외계행성은 지구와 같은 대기를 가질 수 있고 안정적인 액체 상태의 물을 유지할 수 있어야 한다고 언급했다.

이번 연구의 일부분으로 연구자들은 또 태양계에 있는 행성들의 진정한 대기 조성을 참고 자료로 사용했다. 그러고 나서 이들은 수소와 산소, 이산화질소 그리고 이산화탄소의 대기를 지닌 외계행성들을 지구와 비슷한 외계행성 목록에 후보로 올렸다.

연구자들은 “우리는 또 거주가능성에 관한 추가적인 연구를 위해 외계행성들의 대기에서 생명과 관련한 필수적 기체를 유지하는 능력과 같이 바람직한 조건을 지닌 45개의 행성 목록을 제안한다”고 명시했다.

이들 연구자는 행성이 생명을 수용할 수 있는지를 고려할 때 모항성 주위의 거주가능영역(HZ)에 관한 현재 정의를 다시 검토할 것을 권고했다.

이들은 액체 상태 물 분자의 안정성을 지탱할 수 있는 지구와 같은 대기를 수용하는 행성의 능력은 거주가능성을 위해 필요한 조건에 추가돼야 한다고 말했다.

연구진은 “대기 중에 유지할 수 있는 기체(화학물질)에 기반을 둬 외계행성을 구별하는 것은 잠재적인 거주가능성을 위한 가장 가능성 있는 후보들을 정하는 데 도움이 될 것”이라면서 “미래의 이런 임무들은 더 많은 대기 조성 연구와 광화학 모형을 찾을 수 있을 것”이라고 설명했다.

이번 연구의 주요한 학문적 발전 중 하나는 외계행성의 거주가능성을 확보하기 위해 필요한 정보의 양을 줄이는 것이다.

연구자들은 연구논문에 “우리는 쉽게 구할 수 있거나 추정할 수 있는 매개변수를 사용하고 최소한의 가정으로 외계행성 대기권의 그럴듯한 조성을 추정할 수 있는 대기 모형을 제시한다”면서 “우리 모형은 질량이 적어 방사선이 적게 나오는 외계행성들을 위해 설계됐다. 이런 외계행성에서는 고전적인 열적 탈출(thermal escape, 대기 탈출의 일종)에 의해 움직이는 대기 진화가 이뤄지고 있다”고 썼다.

이들 연구자는 실제 기온의 개요와 반사율(albedo) 그리고 원소 존재비를 포함한 미래의 관측 자료들은 연구자들이 그들 자신의 모형을 더욱 정교하게 다듬고 그들의 진짜 대기 조성을 파악하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다.

연구자들은 새로운 외계행성이 발견되는 대로 연구함으로써 잠재적으로 지구와 비슷한 외계행성의 목록을 계속해서 업데이트할 계획이다.

자세한 연구 결과는 ‘영국 왕립학회보A’(Proceedings of the Royal Society A) 최신호(9월 9일자)에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr