[별 소리 다 듣겠네] 우주에 가득한 별…'외계행성'은 어디에?

[앵커]
우리는 '행성'이라 하면 지구를 포함해서 태양 주위를 도는 수성, 금성 같은 태양 행성들을 주로 생각하죠. 그런데 드넓은 우주에는 태양 행성뿐 아니라
다른 큰 별 주위를 도는 행성들이 무수히 많다고 합니다.

하늘에 떠 있는 수많은 별 중에 과연 어떤 별이 어느 별을 얼마 주기로 돌고 있는지를 확인하는 건 결코 쉬운 일이 아닌데요, 과학자들의 특별한 비법이 있다고 합니다. 오늘 '별소리 다 듣겠네' 에서 외계 행성을 찾아내는 신비의 기술에 대해 들어보겠습니다.

[이충욱 / 천문연 광학천문본부 책임연구원]
안녕하세요. 열여덟 번째 별소리를 전해드리게 된 이충욱입니다. 오늘은 제2의 지구를 찾기 위한 외계행성탐색에 대한 별소리를 전해드리겠습니다.

Q. 외계행성의 정의, 외계행성이란?

[이충욱 / 천문연 광학천문본부 책임연구원]
네, 먼저 우리가 사용하는 행성이란 단어는 태양계 내의 행성을 말하고 있습니다. 2006년 체코 프라하에서 열린 국제 천문연맹총회의 의결에 따르면 태양계 내의 행성 정의는 세 가지로 이루어집니다.

첫 번째, 태양 주위를 돌고 있어야 합니다. 그러니까 태양의 힘에 의해 중력을 갖고 돌아야 한다는 것이고 두 번째 조건은 유체정역학적 평형을 유지해야 한다. 즉 구형의 모양을 띄워야 한다. 다시 말씀드리면 정육면체나 정사면체나 원뿔 형태나 이런 것 등은 행성이 되지 않는다는 것이고요. 세 번째는 행성에 있는 궤도면에 있는 모든 물질을 청소를 해야 합니다. 즉 그 주변에 다른 물질이 없어야 한다. 하는 이런 세 가지로 정의가 됩니다.
그리고 이런 것들을 확장하면 행정에 대한 정의를 외계행성에도 적용시킬 수 있습니다. 여기서 태양계와 외계행성을 구분하는 방법은, 우리 태양 중력에 붙잡혀 있으면 태양계 행성 그리고 태양이 아닌 다른 별에 붙잡혀 있으면 외계행성이라고 합니다.

Q. 현재까지 발견한 외계행성 개수와 급증 소직의 이유는?

[이충욱 / 천문연 광학천문본부 책임연구원]
네, 외계행성 아카이브 센터라는 데가 있습니다. 미국 나사에서 운영하고 있는 센터인데요. 거기에 보면 현재까지 발견된 외계행성의 숫자는 약 5,300개로 등록되어있습니다. 이러한 외계행성은 1989년 처음 발견되었는데요. 이후 2013년까지 약 25년 동안 발견된 외계행성의 숫자는 약 900개밖에 되지 않습니다. 10년 동안 발견한 게 훨씬 더 많은 숫자를 차지합니다. 그리고 우리나라에서도 이런 외계행성을 찾기 위해서 외계행성 탐색시스템을 만들었는데 이 외계행성 탐색시스템이 발견한 외계행성의 개수는 약 150개에 이릅니다.

이처럼 외계행성의 발견이 급증하게 된 배경에는 지구에만 생명체가 살고 있는가 하는 어떤 원초적인, 그리고 철학적인 궁금증이 있을 수 있고요. 그리고 지구 이외에서 살고있는 외계 생명체는 어떤 모습을 가지고 있을 것인가 하는 이런 본연의 질문도 있을 수 있다고 생각합니다. 그리고 이런 지적 호기심과 더불어서 이를 뒷받침할 수 있는 최첨단 관측장비의 등장이 그 이유였다고 생각합니다.

Q. 외계행성 탐색 방법은?!

[이충욱 / 천문연 광학천문본부 책임연구원]
네! 외계행성은 여러 방법을 이용하여 발견할 수 있는데, 그중에서 가장 많이 사용되는 몇 가지 방법에 대해서 말씀드리겠습니다.

먼저 첫 번째, 시선 속도 방법이 있습니다. 시선 속도 방법을 이용하게 되면 중심별의 움직임을 우리가 알 수 있습니다. 그런데 이 중심별과 같이 시소 놀이를 하고 있는 천체가 외계행성인 경우에는 움직임이 아주 작습니다. 그런데 이 시소 놀이를 하고 있는 중심별의 파트너가 아주 거대한 질량을 가진 항성 급이라고 한다면 움직임이 아주 크겠죠. 그래서 우리는 커다란 망원경을 이용해서 중심별의 아주 미세한 움직임을 측정해내면 그 파트너가 외계행성인지 아니면 또 다른 항성인지를 구분해 낼 수 있습니다.

두 번째 방법은 별표면 통과방법이라고 하는 건데요 이거는 중심별이 있고 우리가 관측하고 있는 곳에 아주 정확하게 외계행성이 별의 앞을 지나가게 되면 별빛을 살짝 가리게 됩니다. 그러면은 지상 또는 우주에 있는 관측장비로 별빛이 살짝 어두워진 것을 알아차릴 수 있습니다. 그리고 이 외계행성은 계속 주기 운동을 하기 때문에 별빛을 가리는 시점을 계속 관측하다 보면 이 별의 주기 운동을 통해서 거리를 알게 되고 가려지는 면적을 통해서 외계행성의 크기를 구할 수 있게 됩니다.

세 번째 방법은 상당히 생소한 방법입니다. 미시 중력렌즈 방법이라는 건데요. 관측자와 두 천체가 아주 일직선 상에 놓이게 되면 관측자와 가까운 천체의 중력으로 인해서 중력장이 살짝 왜곡됩니다. 이때 아주 완전한 별로 이루어진, 아무것도 없는 별이라면 밝아졌다 어두워지는 형태가 좌우대칭형으로 아주 일정합니다. 그런데 렌즈별 가까이 있는 별에 행성이 있다면 이게 마치 깨진 렌즈처럼 빛이 좌우 대칭이 아니고 살짝 비대칭형으로 나타나게 됩니다. 이러한 비대칭형 광도의 변화를 우리가 분석하게 되면 이 별의 중심별과 외계행성의 질량비가 얼마인지를 수학적 모델로 계산할 수가 있습니다.

이처럼 저희 그룹에서는 다양한 방법을 이용한 외계행성연구를 통해 행성이 어떻게 만들어지고, 어떻게 진화되어 나가는지, 더 나아가 외계 생명체 탐색과 생명의 기원에 대해서도 연구범위를 확장하고 있습니다. 앞으로도 저희 연구팀은 우리 국민이 충분히 자랑스러워할 별소리를 들려드리기 위해 최선을 다할 것을 약속드리면서 이상 오늘의 별소리를 마치겠습니다.

YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)