거주가능행성, 얼마나 될까
천문학자들이 지금까지 찾아낸 '확인된 외계행성'은 4천개가 넘습니다. 외계행성은 약 30년 전만 해도 존재하는지조차 확실하지 않았어요. 그런데 1992년에 처음 발견된 이후 외계행성이 속속 확인돼 왔습니다. 그 중 생명체가 살 수 있는 외계행성은 얼마나 될까요?
이제 그 해답에 더 가까워 졌습니다. 외계행성을 찾는 미션을 수행하다가 은퇴한 NASA의 케플러 우주망원경 데이터를 이용한 연구에 따르면 우리 태양과 비슷한 온도의 별 약 절반에 해당하는 항성 주변에는 액체 상태의 물과, 암석을 가진 행성을 보유할 수 있다고 합니다.
지난해 <The Astronomical Journal>에 게재된 연구에 따르면 우리 은하에는 약 3억 개의 거주 가능한 행성을 보유하고 있다고 하는데요. 이러한 외계행성 중 일부는 행성간 이웃이 될 수도 있다고 합니다. 태양으로부터 30광년 이내에 4곳이 잠재적으로 존재하고 가장 가까운 곳으로는 20광년 떨어진 곳에 존재할 수 있다고 하네요.
이 연구는 행성들이 생명체를 존재하게 할 요소를 가질 수 있는가 그 가능성을 이해하는데 도움을 줍니다. 이는 우주에서 생명체의 기원과 미래에 대한 연구를 수행하는 우주생물학의 필수적이라고 하는데요. 이번 연구는 전 세계 공동 연구자들과 함께 케플러 미션을 수행한 NASA 과학자들에 의해 수행됐습니다. 9년간의 케플러 우주망원경의 관측 결과 우리 은하계에는 별보다 더 많은 행성이 존재하며, 그 수는 수 십 억 개에 이르는 것으로 밝혀졌습니다.
NASA 아메스 연구센터 연구원이자 이번 연구의 주요저자인 스티브 브라이슨(Steve Bryson)은 “케플러는 이미 수십억개의 행성이 있다고 말했지만, 이제 우리는 이 행성의 상당 수가 암석이 있고 거주가능한 곳이란 걸 알게 됐다”고 말합니다. 이어 “이 결과는 최종 값은 아니고 행성 표면의 물은 생명체를 존재하게 하는 많은 요소들 중 하나일 뿐이지만, 우리가 이러한 세계들이 흔하다는 걸 높은 신뢰도와 정밀도로 계산했다는 것이 정말 흥분된다”고 밝혔습니다.
이러한 발생률을 계산하기 위해 연구팀은 지구 반경의 0.5배~1.5배 사이의 외계행성들을 관찰했는데요. 암석형 행성일 가능성이 가장 높은 행성으로 좁혀졌습니다. 연구진은 또한 나이와 온도에서 우리 태양과 비슷한 항성들에 초점을 맞췄는데요. 온도 범위에서 화씨 1,500도까지 더하거나 뺐습니다.
우주엔 다양한 항성들이 있는데요. 각각의 항성들은 궤도에 있는 암석형 행성에 액체 상태의 물을 보유할 수 있도록 하는데 영향을 미칩니다. 이러한 복잡성은 잠재적으로 얼마나 많은 거주가능행성이 존재하는지 계산하는 게 왜 그렇게 어려운지 설명해주는데요. 우리의 가장 강력한 망원경 조차도 이 작은 행성들은 겨우 감지할 때에도 말이죠. 그래서 연구진은 이번 연구에서는 새로운 접근법을 택했습니다.
거주가능한 행성 찾는 새로운 생각
이번에 밝혀진 새로운 결과는 우리 은하계에 얼마나 많은 잠재적으로 거주가능한 행성이 있는지 이해하는데 중요한 진전이 될 것이라고 하는데요. 잠재가능한 행성의 발생률이라고 알려진 이전의 추정치는 항성의 온도와 항성이 발산하고 행성이 흡수하는 빛의 종류 간 관계를 무시한 결과였습니다.
하지만 새로운 연구에서는 이러한 상관관계를 설명하는데요. 덕분에 특정한 행성에 액체 상태의 물이 존재하거나 잠재적으로 생명체가 거주가능한지 이해하는데 도움이 될 것 입니다. 이러한 접근은 케플러 망원경의 행성 신호 최종 데이터 세트와 유럽우주국(ESA)의 가이아 미션(Gaia mission)에서 얻은 광범위한 데이터에서 나온 각 별의 에너지 출력에 관한 데이터를 결합하며 가능했습니다.
NASA 고다드우주비행센터의 과학자이자 이번 연구 저자 중 한 명인 라비 코파라푸(Ravi Kopparapu)는 “우리는 항성으로부터 행성의 물리적 거리라는 관점에서 거주가능행성을 정의하는걸 항상 알고 있었다”며 “그래서 지나치게 덥지도 춥지도 않게 하기 위해 여러 가정을 하게 만들었다”고 말했는데요. 이어 “가이아 미션의 항성 데이터는 우리가 이 행성들과 그들의 항성들을 완전히 새로운 방식으로 볼 수 있게 해줬다”고 덧붙였습니다.
가이아 미션 데이터는 항성의 변화를 기반으로 모항성에서 행성으로 쏟아지는 에너지의 양이나 일정한 시간 동안 특정한 지역에서 방출되는 에너지의 총량에 대한 정보 등을 제공했습니다. 이는 연구원들이 우리 은하계의 별과 태양계의 다양성을 인정하는 방식으로 분석할 수 있도록 했습니다. 코파라푸는 “모든 별이라고 다 같은 건 아니다”라며 “모든 행성 역시 마찬가지이다”고 밝혔습니다.
행성의 대기는 지표에 액체 상태의 물을 유지하기 위해 얼마나 많은 빛이 필요한지 계산했습니다. 대기 영향에 대해 약간 적게 잡은 추정치에 따르면, 발생률은 50%에 달했습니다. 즉, 태양과 유사한 별의 약 절반에 해당하는 곳에서 지표에 액체상태의 물을 유지할 수 있고 암석형 행성을 보유할 수 있다는 것이죠. 참고로 서식가능지역(habitable zone)의 낙관적인 정의에 따르면 약 75%를 추정합니다.
잠재적으로 거주 가능한 행성이 얼마나 흔한지 밝힌 이번 연구는 향후 미래에 이러한 종류의 행성을 발견할 가능성을 알려주고 외계행성 연구의 다음 단계를 위한 계획을 제공하며 거주가능행성의 발생률을 계속해서 개선할 겁니다.
이번 연구의 공동저자인 미셀 쿠니모토(Michelle Kunimoto)는 “다른 종류의 행성이 얼마나 흔한지 아는 건 앞으로 있을 외계행성 탐사 미션 설계에 매우 중요하다”며 “태양과 같은 항성 주변에 작고, 잠재적으로 거주 가능한 행성을 목표로 하는 조사들은 성공 가능성을 극대화하기 위해 이러한 결과에 의존할 것”이라고 밝혔습니다.
우리 태양계 밖에서 2,800개 이상의 외계행성을 밝혀낸 케플러 우주 망원경이 수집한 데이터는 우주에서 새로운 발견을 계속하고 있습니다. 비록 케플러의 시야는 밤하늘의 0.25%밖에 다루지 못했지만 이 데이터들은 과학자들이 나머지 은하계에 무엇이 존재하는지 추정할 수 있게 해줬습니다. 이러한 작업은 이후 TESS 망원경이 바톤을 이어받아 계속할 예정입니다. 브라이슨은 “이 결과는 태양계 너머 작고 희미한 섬광만으로도 얼마나 많은 것을 발견할 수 있었는지 보여주는 예”라고 말하며 “우리가 보는 건 우리 은하계가 매혹적인 세계이며 우리 은하와 크게 다르지 않은 세계도 있다는 것”이라고 전했습니다
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