지구와 꼭 닮은 외계행성 후보 발견

곽노필의 미래창
146광년 거리서…크기도 공전주기도 비슷
대기 존재 여부는 불투명해 추가 관측 필요

지구와 비슷한 크기에 공전주기도 비슷한 암석형 외계행성 후보 HD 137010 b 상상도. 146광년 거리에서 태양보다 약간 작은 별을 공전한다. 미국항공우주국 제공

지구와 놀라울 정도로 비슷한 외계행성 후보가 발견됐다. 지구와 같은 암석 행성인데다 크기는 물론 공전 주기도 지구와 거의 같아 외형상으론 지구의 쌍둥이라고 해도 과언이 아닐 정도다.

독일 막스플랑크천문학연구소는 2018년 활동을 종료한 케플러우주망원경의 관측 데이터를 분석하는 과정에서 146광년 거리에서 지구와 흡사한 외계행성 후보 ‘HD 137010 b’를 발견해 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’에 발표했다.

연구진이 ‘후보’란 딱지를 붙인 것은 2017년 딱 한번 관측한 자료만 있어, 행성이라고 결론을 내리기엔 데이터가 부족하다는 판단에 따른 것이다. 후속 관측을 통해 행성으로 최종 확인될 경우 외계 생명체 탐사에서 매우 유망한 연구 대상이 될 것으로 기대된다.

이 천체를 발견하는 데는 시민과학자들이 결정적 기여를 했다. 보통 외계행성은 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 약간 어두워지는 현상을 이용해 찾는다. 이를 통과법(Transit method)이라고 부른다. 그러나 천문학자들이 사용하는 분석 알고리즘은 이런 현상이 여러번 반복 관찰되는 것을 전제로 식별하도록 설계돼 있기 때문에 이 천체를 가려내지 못했다. 이 공백을 시민과학 프로젝트 '플래닛 헌터스'에 참여한 자원봉사자들이 직접 데이터 분석을 하면서 메꿔줬다.

맨 위는 별의 밝기를 시간을 따라 계속 측정한 그래프, 가운데는 불필요한 흔들림을 제거한 순수 밝기 변화를 보여주는 그래프, 아래는 행성이 별 앞을 지나가는 순간을 확대해서 보여주는 그래프.

생명체 거주 가능 영역에 있을 확률 40%

이들이 찾아낸 관측 데이터를 분석한 결과에 따르면 이 천체의 반지름은 지구의 1.04배, 공전 주기는 지구보다 10일 적은 355일이다. 중심별인 HD 137010은 태양(G형 왜성)보다 약간 작은 K형 왜성(주황색 왜성)으로 태양보다 표면온도가 약 1000도 낮다. 따라서 지구와 거의 같은 거리에서 공전하지만 별에서 받는 에너지는 지구보다 적다.

행성이 받는 중심별의 에너지는 지구가 태양으로부터 받는 양의 0.56배로, 화성이 받는 양과 비슷한 수준으로 추정됐다. 이는 이 행성이 생명체가 살 수 있는 영역인 골디락스존의 경계선 근처에 있다는 걸 뜻한다. 골디락스존은 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 정도의 햇빛을 받을 수 있는 영역을 가리킨다.

연구진은 이 행성이 골디락스존에 있을 확률을 40%로 추정했다. 만약 대기가 없다면 표면온도가 영하 약 70도로 화성보다 약간 더 낮겠지만, 지구보다 훨씬 두꺼운 대기가 있다면 생명체가 살 수 있는 환경을 갖추고 있을 것으로 봤다. 후속 관측이 이뤄질 경우 가장 큰 임무는 대기 존재 여부를 확인하는 것이다.

미국항공우주국의 외계행성 탐색 우주망원경 케플러 상상도. 미국항공우주국 제공

거리 가까워 대기 존재 여부 파악 가능할듯

천문학자들이 지금까지 발견한 외계행성은 6000개가 넘는다. 하지만 대부분은 지구보다 훨씬 크거나 표면온도가 뜨거운 행성이다. 이런 행성들이 찾기가 수월했기 때문이다.

거주 가능 영역 내에 있는 지구 크기와 비슷한 외계행성들은 대부분 가장 작은 별이라 할 수 있는 M형 왜성(적색 왜성) 가까이에서 공전하는 것들이었다. 이런 환경에 있는 행성들은 중심별에서 날아오는 강력한 복사 에너지의 영향으로 생명체를 보호해주는 대기를 다 잃어버렸다.

또 태양과 비슷한 별의 골디락스존에 있는 지구 크기의 몇몇 암석행성을 발견한 적은 있다. 그러나 이 행성들은 대기가 있는지 알아낼 수 있는 후속 관측을 하기에는 너무 먼 거리에 있었다. 이번에 발견한 HD 137010 b는 상대적으로 가까운 거리에 있어 그런 문제가 없다. 따라서 후속 정밀 관측이 가능할 것으로 본다.

연구진은 스페인 아이작뉴턴망원경에서 올해 시작할 예정인 지구 질량 행성 탐색 프로그램 ‘테라 헌팅 실험’이나 2027년 발사될 예정인 유럽우주국의 외계행성 탐색 우주망원경 플라토를 통해 후속 관측이 가능할 것으로 보고 있다. 연구진은 “관측 자료를 분석한 결과, 별 빛 감소를 유발하는 원인으로 외계행성 외의 다른 가능성은 없는 것으로 판단되지만 이를 확인하려면 추가로 관측할 필요가 있다”고 밝혔다.

*논문 정보

A Cool Earth-sized Planet Candidate Transiting a Tenth Magnitude K-dwarf From K2.

DOI 10.3847/2041-8213/adf06f

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr