글/ 소로
【정견뉴스】
지금까지 과학자들은 지구 밖의 별과 생명이 존재할 수 있는 외계생명체를 찾아왔고 그중에서도 가장 중요한 것이 바로 외계 행성을 찾아내는 일이다. 최근 천문학자들이 드디어 은하계 밖에 존재하는 행성을 최초로 발견한 것으로 보인다.
지금까지 태양계 바깥 행성은 수천 개가 발견되었지만 현재 발견된 행성들은 모두 은하계 내부에 존재하는 것이다. 그렇다면 은하계 밖 행성은 어떤 모습일까?
은하계 밖에 존재하는 행성 후보는 나선은하 메시에51(M51)에 위치한다. 이 은하는 독특한 외관 때문에 흔히 소용돌이 은하(Whirlpool Galaxy)로 불린다.
이번 연구에서는 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 엑스선 관측소(CXO) 망원경을 사용했는데 이 방법은 앞으로 더 먼 거리에 있는 새로운 외계행성을 발견할 수 있는 도구로 사용될 수 있다.
논문 주요저자인 하버드·스미스소니언 천체물리학센터(CfA) 로젠 디 스테파노 박사에 따르면 외계행성이 항성 앞을 지나는 천체(天體)면을 통과할 때 별빛이 줄어드는 현상을 관찰하는 기법을 바탕으로 엑스선이 일시적으로 감소하는 현상을 관찰해 은하 밖 행성 후보를 확인했다.
지금까지 천문학자들이 은하계 내에서 발견한 외계행성들은 기껏해야 지구에서 거리가 3천 광년 안쪽이었다. 하지만 이번에 발견된 행성은 약 2800만 광년 떨어진 것으로 이는 그동안 발견된 행성들보다 몇 천 배나 먼 거리에 있음을 의미한다.
이번 발견에는 미시중력렌즈 현상을 사용했다. 미시중력렌즈 현상이란 관측자와 배경별에 또 다른 천체(렌즈 역할)가 일직선상에 놓일 때 발생한다. 렌즈 역할을 하는 천체의 중력으로 인해 배경별의 빛이 왜곡되면서 빛이 증폭되는 것이다. 때문에 렌즈 역할을 하는 천체의 위치에 스스로 빛을 내지 못하는 행성이 있어도 배경별빛이 증폭되는 양과 지속 시간을 분석함으로써 행성의 존재를 찾을 수 있는 것이다.
지금까지 과학자들은 이미 수천 개의 행성들을 이 방식으로 찾아냈다. 이번 연구가 새로운 점은 가시광선이 아닌 엑스선을 사용했다는 점이다.
엑스선은 일반적으로 중성자별이나 블랙홀이 주변 동반성(짝별)의 물질을 빨아들일 때 초고온 상태가 되면서 방출된다. 이때 엑스선 방출 영역이 넓지 않아 행성이 천체면을 통과하면서 이를 완전히 가리기도 하는데, 이를 통해 쉽게 천체면의 통과 사실을 알아차릴 수 있다. 지금까지 사용된 가시광선을 이용한 미시중력렌즈 현상에 비해 엑스선을 사용하면 보다 먼 거리까지 관측이 가능하다.
연구진은 이런 관측법을 활용해 M51-ULS-1 쌍성계에서 외계행성 후보를 찾아냈다. 이 쌍성계는 하나의 블랙홀 또는 중성자별을 포함해서 태양의 약 20배에 달하는 질량을 지닌 짝별로 이뤄져 있다.
엑스선 관측 데이터상의 천체면 통과는 약 3시간에 걸쳐 진행됐는데 이 시간에 엑스선 방출은 완전히 가려져 거의 영으로 떨어졌다.
연구진은 이런 정보를 바탕으로 M51-ULS-1를 도는 외계행성이 토성과 비슷한 크기이고 중성자별이나 블랙홀을 태양과 토성의 두 배에 달하는 거리를 두고 공전하는 것으로 추정했다.
비록 이번 연구결과가 아주 중요한 것이긴 하지만 아직까지는 세심한 검증과 분석이 더 필요하다. 가장 큰 문제는 이 행성이 짝별 앞을 지나가려면 약 70년을 더 기다려야 하는데 이는 앞으로 수십 년 사이에 다시 관측할 수 없다는 것을 의미한다.
“불행히도 우리가 관측한 것이 진짜 행성인지 확인하려면 앞으로 수십 년을 기다려야만 또 다른 미시중력렌즈 현상을 관측할 수 있습니다. 더욱이 이 행성이 공전궤도를 도는데 정확이 얼마의 시간이 걸리는지 모르기 때문에 다시 관측 가능한 정확한 시간조차 알 수 없습니다.” 이번 연구팀의 일원인 캘리포니아 대학 산타크루즈 분교의 니아 이마라(Nia Imara)의 설명이다.
한편, 쌍성계의 일시적 밝기 감소가 다른 가스나 먼지구름에 의해 발생했을 가능성도 있다고 제기되었지만 연구팀은 관측된 자료의 특성을 감안하면 그럴 가능성은 거의 없다고 했다.
미국 프린스턴 대학 박사이자 공동 저자인 줄리아 번트슨(Julia Berndtsson)은 “우리는 우리가 아주 흥미롭고 대담한 주장을 하고 있다는 것을 알고 있기 때문에 다른 천문학자들이 매우 주의 깊게 대해주기 바랍니다.”라며 “우리는 강력한 논거가 있다고 보지만, 이렇게 논쟁하는 과정이 바로 과학이 작동하는 방식입니다.”라고 말했다.
만약 이 행성이 정말 이 쌍성계에 속한다면 아주 불안정한 역사를 겪었을 가능성이 높다. 그것은 아마도 쌍성계 중의 중성자 또는 블랙홀의 초신성폭발 중에서 다행히 생존했을 것이다. 이 행성의 미래 역시 아주 위험한 것으로 일정한 시점에 이르러 쌍성계의 짝별 역시 폭발해서 초신성이 된다면 이때 방출되는 거대한 에너지에 의해 이 행성이 훼멸될 가능성도 있다.
이 연구는 10월 25일 ‘네이처 천문학’(Nature Astronomy) 최신호에 발표되었다.
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/271246