영화 ‘스타워즈’처럼… 2개의 태양 뜨는 행성 찾았다

한정호 교수 주도 국제연구진 발견… 지구보다 2배 무겁고 영하 213도

이번에 새로 발견된 지구형 행성은 쌍성 중 하나의 주위를 돈다. 이곳에서 하늘을 보면 가까이 있는 항성은 태양처럼 하루 주기로 뜨고 지며, 나머지 항성은 밤하늘 별처럼 먼 곳에서 희미하게 빛난다. 한정호 충북대 교수 제공

영화 ‘스타워즈’에는 노을 진 하늘에 두 개의 태양이 동시에 떠 있는 오묘한 장면이 등장한다. 최근 한국 과학자가 이끄는 국제 공동연구진이 실제로 두 개의 태양을 볼 수 있는 지구형 행성을 발견해 주목을 받고 있다.

한정호 충북대 물리학부 교수가 교신저자로 참여한 공동연구진은 ‘중력렌즈’라는 물리현상을 이용해 이 행성을 찾아냈다고 ‘사이언스’지 3일자에 발표했다. 중력렌즈 현상이란 직진하는 성질을 가진 빛이 별의 중력에 이끌려 진행 방향이 휘거나 왜곡되는 것을 말한다.

연구진은 2013년 우리은하의 중심부에 모인 별빛을 관찰하던 중 이상한 낌새를 감지했다. 은하 중심부에서 출발한 별빛이 지구로 곧장 직진해 오지 못하고 휘어버리는 현상, 즉 중력렌즈 현상을 발견한 것이다.

연구진은 세계 곳곳에 설치된 천문대에서 보내온 천문데이터를 정밀 분석해 중력렌즈 현상을 일으킨 ‘범인’을 찾아내는 데 성공했다. 정체는 바로 짝을 이룬 두 개의 항성(쌍성)과 이 중 하나의 주위를 돌고 있는 지구형 행성이었다.

○ 중력렌즈 현상으로 지구형 행성 발견 성공

한 교수는 “이번에 발견한 쌍성과 지구형 행성은 매우 차갑고 어두워 중력렌즈 현상이 아니면 찾기 어려웠을 것”이라고 말했다. 미국항공우주국(NASA)이 2009년 발사한 케플러 우주망원경은 5년 동안 약 1000개의 외계행성을 찾아냈지만, 생명체가 살 가능성이 높은 밝은 항성 주위만을 관측하기 때문에 이번에 발견된 쌍성과 행성은 사실상 관측의 사각지대에 놓여 있었다.

외계행성 탐사에 중력렌즈 현상을 이용하면 눈에 보이지 않는 어두운 천체를 찾을 수 있다는 점 외에도 다양한 장점을 누릴 수 있다. 우주망원경 없이 지상의 천문대에서도 외계행성 관측이 가능하고, 무엇보다 천체의 질량도 정확하게 측정할 수 있다.

케플러 우주망원경으로는 외계행성이 공전 중인 항성 앞을 지나며 빛을 가릴 때 얼마나 어두워지는지를 토대로 크기와 질량을 짐작할 뿐이다. 이에 비해 중력의 세기는 천체의 질량과 비례하기 때문에 빛이 왜곡되는 정도를 측정하면 천체의 질량을 더 정확하게 알아낼 수 있다.

○ 지구보다 2배 무거운 ‘얼어붙은 지구’

새롭게 발견된 천체들은 지구에서 약 2만 광년 떨어져 있다. 지구형 행성의 질량은 지구의 2배로 항성 주위를 0.8AU(1AU는 지구부터 태양까지의 거리)만큼 떨어져 돌고 있다. 이 항성과 짝을 이룬 또 다른 항성까지의 거리는 15AU다.

한 교수는 “지구형 행성이 공전하고 있는 항성은 매우 어둡고 배출하는 에너지도 약하기 때문에 행성 표면 온도는 영하 213도로 무척 추울 것으로 예상된다”며 “만약 물이 있다고 해도 단단한 얼음 형태로 존재할 것이기 때문에 생명체가 존재하기는 어렵다”고 밝혔다.

이번 결과는 우리가 사는 태양계와는 환경이 다른 행성이 어떻게 탄생할 수 있는지를 연구하는 데도 쓰일 예정이다. 한 교수는 “태양 하나만을 도는 지구인에겐 쌍성이 매우 낯설게 느껴지겠지만 사실 우주에는 홑별보다 쌍성이 더 많다”며 “앞으로 쌍성 주위를 도는 행성을 더 많이 발견하게 되면 태양계와는 전혀 다른 우주환경에서 행성이 만들어지는 원리를 밝힐 수 있을 것”이라고 말했다.

이우상 동아사이언스 기자 idol@donga.com