차세대 ‘외계 행성 사냥꾼’ 로만 우주 망원경, 별의 ‘이것’까지 알아낸다? [아하! 우주]

미국항공우주국(NASA, 이하 나사)는 제임스 웹 우주 망원경과 허블 우주 망원경 이외에도 다양한 목적의 우주 망원경을 운영하고 있다. 행성 사냥꾼인 TESS도 그중 하나다. 수천 개의 외계 행성을 찾아낸 1세대 외계 행성 사냥꾼인 케플러 우주 망원경에 이어 발사된 2세대 외계 행성 사냥꾼인 TESS는 이미 7,000개에 달하는 외계 행성 후보를 포착했다.

하지만 이들이 발견한 외계 행성은 우리 은하에 있는 수천억 개 이상의 외계 행성 중 극히 일부에 지나지 않는다. 따라서 나사는 3세대 외계 행성 사냥꾼인 낸시 그레이스 로만 우주 망원경 (이하 로만 우주 망원경)을 준비하고 있다.

로만 우주 망원경은 허블 우주 망원경과 같은 2.4m 지름의 주경을 갖고 있지만, 이미지 센서는 2억 8,800만 화소로 허블의 100배에 달한다. 덕분에 행성이 별 앞을 주기적으로 지나면서 밝기가 미세하게 변하는 현상을 먼 거리에서도 쉽게 포착할 수 있다.

그런데 사실 선배인 케플러나 TESS가 수집한 막대한 정보는 외계 행성 연구에만 사용된 게 아니라 더 다양한 연구에 활용됐다. 로만 우주 망원경이 수집할 정보는 선배들보다 월등히 많기 때문에 과학자들이 이를 어떻게 활용하면 좋을지 행복한 고민에 빠져 있다.

플로리다 대학의 자카리 클리이터가 이끄는 연구팀은 로만 우주 망원경이 수집할 기본적인 밝기 데이터를 이용하면 별의 나이를 측정할 수 있다는 연구 결과를 발표했다.

별의 자전 주기는 보통 어릴수록 빠르다. 시간이 지나면서 점점 부풀어 오르기 때문이다. 별의 지름이 커지면 팔을 좁히면서 도는 피겨 선수와 반대로 회전 속도가 느려진다. 각운동량 보존 법칙 덕분이다. 따라서 별의 질량과 회전 속도를 측정할 수 있다면 별의 나이도 추정할 수 있다.

별 주변을 도는 행성이 앞을 가리지 않더라도 별 표면에는 흑점이 있기 때문에 사실 자전 속도에 따라 주기적으로 밝기가 변한다. 다만 흑점 활동 정도에 따라 그 변화가 들쑥날쑥하다는 것이 문제다.

연구팀은 이런 불규칙한 변화가 있더라도 분석을 통해 공전 주기를 추정할 수 있다고 설명했다. 과학자들은 태양 흑점 관측을 통해 흑점의 이동이나 변화, 그리고 활동 주기 등에 대해서 많은 사실을 알아 냈다. 따라서 관측 데이터만 충분하면 별의 자전 속도 역시 추정할 수 있다.

연구팀은 로만 우주 망원경이 수집할 수많은 별의 밝기 변화 데이터를 기대하고 있다. 외계 행성을 찾아내지 못해도 별의 나이를 추정할 데이터는 충분히 수집할 수 있기 때문이다. 이 데이터를 정리하면 우리 은하를 구성하는 수많은 별들의 연령 분포를 자세히 알아낼 수 있다. 아마도 여기에서 지금까지 몰랐던 여러 가지 사실이 밝혀질 것으로 예상된다.

로만 우주 망원경은 주경과 이미지 센서 등 주요 부품들이 완성된 상태로 2027년까지 발사될 예정이다. TESS의 임무가 끝날 때쯤 로만 우주 망원경이 본격적으로 활동에 들어가면서 제임스 웹 우주 망원경과 함께 우주에 대해 더 많은 정보를 알려줄 것으로 기대된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com