[사이테크+] 수십억년 후 태양·지구의 미래 보여주는 외계행성계 포착

美 연구팀 "4천광년 밖에서 적색거성 거쳐 백색왜성 된 별과 행성 발견"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 4천 광년 밖 백색왜성(white dwarf) 주위에서 지구 크기 암석형 외계행성이 포착됐다. 연구팀은 이 백색왜성은 태양 같은 별이 적색거성(red giant)이 됐다가 외층 가스가 날아가고 남은 것이라며 이는 수십억 년 후 태양과 지구의 최후를 미리 보는 것과 같다고 말했다.

마이크로렌즈 현상으로 포착된 4천 광년 밖 백색왜성과 지구형 외계행성 영역 수직 흰색 선 부분이 마이크로렌즈 현상을 일으킨 4천광년 밖 백색왜성(white dwarf)과 지구형 외계행성이 포착된 영역. a, b, c는 각각 마이크로렌즈 현상 발생 전인 2009년과 배율이 최대가 된 2020년, 마이크로렌즈가 사라진 2023년 모습. [OGLE, CFHT, Keck Observatory 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 버클리 캘리포니아대(UC Berkeley) 제시카 루 교수팀은 27일 과학 저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에서 하와이 켁(Keck) 10ｍ 망원경으로 강력한 마이크로렌즈 현상을 일으킨 4천 광년 밖 영역을 관측한 결과 태양 질량 절반 정도의 백색왜성 주위를 지구형 외계행성이 회전하는 것으로 나타났다며 이같이 밝혔다.

연구팀은 별이 팽창해 적색거성이 되면 질량이 줄면서 주변 행성이 먼 궤도로 밀려난다며 적색거성의 대기가 날아가 백색왜성이 된 별과 주위를 도는 외계행성 모습은 태양과 지구의 미래 운명이 될 가능성이 높다고 말했다.

우리은하 중심부 돌출부 근처에 있는 이 행성계는 2020년 중력이 렌즈처럼 작용해 더 먼 곳에서 오는 별빛을 1천 배 확대돼 보이게 하는 마이크로렌즈 현상(microlensing)으로 주목받았다. 당시 이 현상은 남반구에 있는 한국천문연구원 외계행성탐색시스템(KMTNet)으로 포착돼 'KMT-2020-BLG-0414'로 명명됐다.

이 행성계는 태양 질량의 절반 정도인 별과 지구 크기 암석형 외계행성, 목성 질량의 17배에 달하는 별이 되려다 실패한 갈색왜성(brown dwarf)으로 구성돼 있으나 중심별의 정체는 불분명했다.

연구팀은 이 연구에서 중심별 유형을 확인하기 위해 2023년 하와이에 있는 켁Ⅱ 10ｍ 망원경으로 이 행성계를 정밀 관측했다.

그러나 마이크로렌즈 현상이 약해져 1천 배나 확대됐던 배경 별이 희미해진 상황이지만 주계열성이라면 마땅히 보여야 할 중심별은 켁Ⅱ 망원경에도 명확히 드러나지 않았고 연구팀은 질량이 작고 어두운 이 별을 백색왜성으로 결론 내렸다.

연구팀은 이 외계행성은 중심별이 과거 태양과 같은 별이었을 때는 생명체가 존재할 수 있는 조건이었을 수도 있지만 현재는 희미한 백색왜성 주변의 생명체 존재 가능 영역에서 멀리 떨어져 있다고 밝혔다.

연구팀은 이 발견은 태양 같은 주계열성이 적색거성 단계를 거쳐 백색왜성으로 진화하는 과정과 그것이 주변 행성에 미치는 영향에 대해 알려준다며 10억년 후 태양 팽창이 시작된 후 지구를 먼저 삼키지 않는다면 지구는 현재보다 2배 먼 거리로 밀려날 것이라고 말했다.

적색거성이 된 태양은 약 80억년 후에는 외층 대기가 다 날아가고 질량이 절반 정도로 줄며 크기는 지구보다 작지만, 밀도는 높은 백색왜성이 될 것으로 보인다.

루 교수는 "태양이 적색거성이 되는 시기까지 지구에서 생명체가 생존할 수 있을지는 알 수 없다"며 "이 외계행성은 지구와 비슷한 행성이 중심별의 적색거성 단계에서 살아남은 사례로 보인다"고 말했다.

논문 제1 저자인 커밍 장 박사(현재 UC 샌디에이고 연구원)는 "지구에서는 앞으로 10억년 동안만 사람이 살 수 있을 것"이라며 태양이 적색거성이 되면 지구가 더 멀리 밀려나게 될지 잡아먹힐지는 명확히 알 수 없다고 말했다.

이어 "10억년 후 태양이 적색거성이 되면 유로파, 칼리스토, 가니메데 등 목성의 위성과 엔켈라두스 등 토성 위성의 얼음이 녹아 바다가 있는 행성처럼 될 수 있다"며 "인류가 이곳에서 피난처를 찾을 수도 있을 것"이라고 덧붙였다.

◆ 출처 : Nature Astronomy, , 'An Earth-Mass Planet and a Brown Dwarf in Orbit Around a White Dwarf', https://doi.org/10.1038/s41550-024-02375-9

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