40광년 거리에 제2의 지구?...꺼지지 않는 외계 생명체 희망

하이커뮤니티매니져 0 9 09.25

지구에서 40광년 거리에 있는 적색왜성 트라피스트-1과 그 주위를 가장 가까이 공전하는 4개의 행성을 묘사한 그림. 지구 크기의 행성 트라피스트-1e가 중심별 앞을 지나가는 장면을 그렸다. 천문학자들은 제임스웹우주망원경을 이용해 7개 행성 중 이 4개 행성을 관측했다. 나사 제공

지구에서 40광년 거리에 있는 작은 별 트라피스트-1(TRAPPIST-1)의 네번째 행성에서 지구와 비슷한 유형의 대기가 있을 가능성을 시사하는 신호가 포착됐다.

태양보다 훨씬 오래 전인 76억년 전에 형성된 것으로 추정되는 트라피스트-1은 질량이 태양의 10분의 1 정도인 적색 왜성이다. 적색 왜성은 태양 크기의 0.08~0.6배로 우리 은하에서 가장 많은 유형의 별이다. 태양 크기의 별보다 10배나 많고, 암석형 행성을 거느리고 있을 가능성도 2배나 높은 것으로 과학자들은 추정한다. 따라서 외계 생명체 탐색에서 가장 주목을 받고 있는 별 유형이다.

2016~2017년 벨기에 천문학자들의 관측을 통해 트라피스트-1에는 태양계 행성 수(8개)와 거의 비슷한 7개의 행성이 확인됐다. 특히 7개 행성 모두가 지구와 같은 암석형 행성인데다 크기도 지구와 별반 차이가 없다. 각 행성의 반지름은 지구의 0.7~1.1배, 밀도는 지구의 0.6~1.2배다. 중심별 트라피스트-1에서 가까운 행성부터 차례로 b, c, d, e, f, g, h 행성으로 불린다. 별과의 거리가 가까워서 모두 같은 면이 별을 향해 있는 조석 고정 상태로 궤도를 돌고 있다. 가운데에 있는 3개의 행성(d, e, f)은 너무 뜨겁지도, 너무 차갑지도 않은 ‘골디락스 존’에 있다.

트라피스트-1은 표면 온도가 2300도로 태양(5500도)보다 훨씬 낮다. 하지만 7개 행성이 모두 별에서 1000만㎞ 이내의 가까운 거리에 있어 행성들의 표면 온도는 0~100도 범위로 추정된다. 이는 액체 상태의 물이 존재할 수 있다는 걸 뜻한다.

이에 따라 외계 생명체를 찾는 과학자들은 일찌감치 이 행성들을 주목하고 지상과 우주의 망원경을 이용해 실체를 추적하고 있다. 예컨대 중국 과학자들은 2024년 10월 구이저우성에 있는 세계에서 가장 큰 지름 500미터 전파망원경(FAST) 톈옌(天眼)으로 트라피스트-1 행성계에서 인공적으로 생성된 전파가 감지되는지 관측을 시도했다. 최근 사전출판논문 공유집 아카이브에 발표된 논문에 따르면 5번의 관측에서 신뢰할 만한 데이터는 나오지 않았다. 하지만 이번 연구는 트라피스트-1 행성계에 대한 과학자들의 높은 관심을 반영하는 사례다.

트라피스트-1별의 네번째 행성인 트라피스트-1e를 묘사한 그림. 나사 제공

너무 뜨겁지도, 차갑지도 않은 조건 갖춰

가장 강력한 적외선 관측 능력을 갖고 있는 제임스웹우주망원경(JWST)도 관측 활동 첫해인 2022년부터 이 행성계 관측에 나섰다. 하지만 그동안의 관측은 실망스러운 것이었다. 2023년 발표된 1차 관측 결과에선 7개 행성 중 가장 안쪽에 있는 2개 행성(트라피스트-1b, 트라피스트-1c)에는 강력한 우주방사선으로부터 행성 표면을 보호해주는 대기층이 없는 것으로 나타났다.

지난달 발표된 트라피스트-1d 관측 결과도 기대를 저버렸다. 행성에 반사돼 굴절된 별빛의 파장을 분석하는 투과분광법을 통해 관측한 결과, 대기가 있을 수는 있지만 물이나 이산화탄소, 메탄 등 지구 대기와 같은 물질은 없는 것으로 나타났다.

그 다음 표적은 7개 행성의 맨가운데에 있는 트라피스트-1e였다. 반지름은 지구의 91%, 질량은 약 77%로 지구와 비슷한 크기와 질량을 갖고 있다. ‘골디락스 존’에 있어 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수도 있을 것이란 기대를 받고 있는 3개의 천체 중 하나다. 하지만 이를 위해선 행성에 온실 효과를 낼 수 있는 두터운 대기가 있어야 한다.

연구진은 2023년 6~10월 근적외선 분광기를 이용해 진행한 네번의 관측 데이터를 오랜 시간에 걸쳐 분석한 끝에 몇가지 사실을 확인해 최근 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’에 두편의 논문으로 발표했다.

트라피스트-1을 도는 7개 행성의 크기를 지구와 비교한 그림. 왼쪽부터 별에 가까운 순서대로 배열했다. 맨가운데 있는 것이 행성 e다. 유럽남방천문대(ESO) 제공

원시 대기는 날아가 버린 듯

이에 따르면 이 행성엔 목성이나 토성처럼 수소 가스가 주를 이루는 1차 대기(원시 대기)는 없다. 연구진은 별에서 날아오는 강력한 복사 에너지와 항성풍이 수소를 날려보냈을 것으로 추정했다.

연구진은 그렇다고 지구처럼 1차 대기를 잃은 후 형성된 2차 대기도 없다는 증거는 없다고 밝혔다. 2차 대기는 1차 가스층을 잃은 후 화산 폭발 등의 과정을 통해 형성된다. 일단 화성과 금성 대기의 주성분인 이산화탄소는 풍부하지 않은 것으로 나타났다.

연구진의 호기심을 자극하는 건 제임스웹망원경에 포착된 별빛 파장에 요철과 흔들림 현상이 나타난 점이다. 연구진은 이것이 질소의 흔적일 수 있다고 밝혔다. 대기가 있다는 강력한 증거는 찾아내지 못했지만, 질소가 풍부한 대기가 있을 수도 있다는 것이다. 연구진의 일원인 라이언 맥도널드 세인트앤드루스대 교수는 “대기 모델링에 따르면, 질소가 풍부한 대기와 메탄 같은 분자가 존재할 가능성이 있는 환경에서는 데이터에 약간의 요철이 있는 것으로 보인다”고 말했다.

제임스웹우주망원경의 근적외선 분광기로 관측한 트라피스트-1e 데이터를 대기가 있는 모델(파란색)과 대기가 없는 모델(주황색)과 비교한 그림. 회색때는 두 모델이 겹치는 부분. 나사 제공

연말까지 추가 관측…“흥미로운 2026년 될 것”

질소는 부피 기준으로 지구 대기의 78%를 차지하는 성분이다. 질소는 화학적으로 매우 안정적인 구조의 물질이어서 다른 물질과 잘 반응하지 않아 대기를 안정적으로 유지할 수 있게 해준다. 또 생명체를 구성하는 단백질과 핵산의 핵심 원소이기도 하다. 이를 위해선 생명체가 이용할 수 있는 형태의 화합물로 바뀌는 질소 고정이라는 과정을 거쳐야 한다. 태양계에서 질소 가스가 주를 이루는 대기가 있는 천체는 토성의 가장 큰 위성인 타이탄이 있다.

연구진은 올해 말까지 진행하는 15건의 추가 관측을 통해 이 행성에 대기가 있는지, 있다면 어떤 물질로 이뤄져 있는지 알아낼 계획이다.

나사 외계행성과학연구소의 수석과학자 제시 크리스티안센은 뉴욕타임스에 “트라피스트-1과 같은 적색 왜성은 우주에서 가장 흔한 유형의 별”이라며 “따라서 이 행성에 대기가 있는지 여부가 매우 중요하다”고 말했다. 연구진의 일원인 매사추세츠공대의 아나 글리든 박사는 “대기가 있다면 별을 향한 쪽엔 액체 바다가, 반대편엔 얼음 덩어리가 있을 수 있다"고 말했다.

천문학연구대학협회의 천문학자 하이디 하멜은 “만약 트라피스트-1e에서도 대기가 발견되지 않는다면 트라피스트-1처럼 온도가 낮은 별은 생명체에 최적의 환경이 아니라는 걸 말해주는 것”이라고 말했다.

논문 제1저자인 존스홉킨스대의 네스토르 에스피노자 박사는 사이언티픽아메리칸에 “현재 절반 정도 진행된 후속 관측 결과는 2026년에 발표될 예정”이라며 ”내년은 트라피스트-1e 행성에 흥미로운 한 해가 될 것”이라고 말했다.

곽노필 선임기자

[email protected]

https://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/1220370.html#ace04ou

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