물병자리 속 미니 태양계, 제임스웹은 어떻게 ‘제2 지구’를 탐색할까

[이데일리 김혜선 기자] 인류는 오래전부터 우주 속에 숨은 ‘ 2의 지구’를 발견하기 위해 노력해왔다. 우주에 지구처럼 대기와 물이 있는 행성이 있다면, 그곳에 ‘외계 생명체’가 살 수 있는 확률이 높아진다. 그래서 지구에서 약 40광년 떨어진, 물병자리에 위치한 적색왜성 ‘트라피스트(TRAPPIST)-1’가 발견됐을 때 과학계가 술렁였다. 이 작은 적색왜성에는 딸린 행성이 7개나 있었고, 6개가 지구처럼 암석형이었다. 7개의 행성은 태양계처럼 트라피스트-1을 빙글빙글 돌고 있다.

최근 제임스웹이 관찰한 트라피스트-1c의 상상도. 트라피스트-1b와 적색왜성 트라피스트-1이 함께 보인다. (사진=NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

이 7개의 행성에는 트라피스트-1b,c,d,e,f,g,h까지 알파벳 순으로 이름이 붙었다. 너무 멀리 떨어져 있는 탓에 행성에 대기가 있는지 없는지 확인이 불가능했다. 어렴풋이 보이는 상 너머로 과학자들은 트라피스트-1b와 트라피스트-1c에 두꺼운 대기가 있을 것으로 추정했다. 혹시나 존재할 생명체를 기대하며 민간 지구 밖 문명 탐사 조직인 SETI에서는 지난 2016년 앨런 망원경으로 트라피스트-1에서 나오는 라디오 채널 100억개를 샅샅이 뒤져보기도 했다. 결국 어떠한 신호도 발견하지 못했지만, 트라피스트-1에 외계 생명체가 존재한다는 기대감이 얼마나 컸는지 짐작해볼 수 있는 지점이었다.

최근 인류 최대의 망원경으로 불리는 제임스웹 우주망원경(JWST)도 트라피스트-1의 행성들을 자세히 관찰하고 있다. 다만 아직까지 어떤 행성에서도 외계 생명체가 존재할 수 있다는 가능성을 발견하지는 못했다. 오히려 트라피스트-1의 몇몇 행성에서 ‘대기’가 존재하지 않는다는 관측 결과가 나왔다.

미국 항공우주국(NASA)는 지난 1월 천체물리학자 토머스 그린 박사가 이끄는 국제 연구팀이 트라피스트-1가 거느리고 있는 행성의 온도를 측정하고, 트라피스트-1b에 사실상 대기가 없다는 결론을 내렸다고 밝혔다. 트라피스트-1b는 적색왜성에 가장 가까이 붙어 있는 행성이다.

지난 20일(현지시간)에도 적색왜성에 두 번째로 가까운 트라피스트-1c가 마찬가지로 대기가 존재할 가능성이 희박하다는 결과가 나왔다고 나사 블로그가 전했다. 트라피스트-1c는 대기가 없는 암석 행성이거나, 지구와 화성보다 매우 얇은 이산화탄소(CO2) 대기를 가진 행성과 일치한다는 게 연구진의 설명이다.

◇ “제임스웹, 전구 1만개 중 꺼진 4개 전구 알아챘다”

제임스웹은 그동안 어떠한 망원경도 관측하지 못한 트라피스트-1의 행성 대기를 관측할 수 있었을까. 비결은 제임스웹의 중적외선장비(MIRI)다. 기존 망원경은 두껍고 수소가 풍부한 대기를 가진 행성만 연구가 가능했지만, 제임스웹은 산소, 질소, 이산화탄소 등이 대부분인 대기도 관찰할 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

연구진은 트라피스트-1 행성들의 일식을 이용해 행성 온도를 측정했다. 이 행성들은 늘 한쪽 면이 적색왜성을 향해 있기 때문에, 행성이 적색왜성 앞에 위치해 가리거나, 적색왜성 뒤에 위치해 숨겨질 때 늘 같은 면을 관측할 수 있다.

항성과 행성 빛에서 2차 일식 때의 항성 빛의 차이. (사진=NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

연구진은 행성이 적색왜성 뒤로 완전히 숨어버리기 전 찰나를 관측해 그 밝기를 측정하고, 적색왜성 앞에 위치해 별빛이 살짝 가려져 어두워지는 밝기를 측정했다. 트라피스트-1c의 ‘2차 일식’ 동안의 밝기 변화는 단 0.04%로, 제임스웹은 1만개의 전구 중 전구 4개가 꺼진 것을 감지해낸 셈이다. 연구진은 “제임스웹은 우리가 이전에 없던 방식으로 외계 행성을 태양계와 비교할 수 있도록 했다”고 전했다.

이런 관측을 통해 연구진은 트라피스트-1b와 트라피스트-1c의 행성에 대기가 거의 없다는 결론을 냈다. 만약 대기가 존재한다면 대류를 통해 온도가 전달되기에, 행성이 적색왜성 앞에 있던지 뒤에 있던지 온도 변화가 크지 않다. 하지만 이번 관측에서는 대기가 없거나 거의 희박한 정도의 행성만큼 온도가 변했다.

아직 실망하기엔 이르다. 연구진은 외계 생명체 존재 확률이 더 높은 다른 행성들도 제임스웹을 통해 관측할 예정이다.