인류의 별 탐험, 과학이 답을 내놓다

영화 '프로젝트 헤일 메리'에서 인류는 지구를 위협하는 외계 생명체로부터 행성을 구하기 위해 타우 세티(Tau Ceti) 항성계로 성간 우주선을 보낸다. 그러나 실제로 타우 세티에 생명체가 존재할 가능성은 얼마나 될까? 수천 개의 외계행성 중 과학자들은 어디서 생명체를 찾아야 할지 어떻게 판단할까?

《왕립천문학회 월간 보고(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)》에 최근 발표된 연구가 이 질문에 답을 제시했다. 코넬대학교 천체물리학자 리사 칼테네거(Lisa Kaltenegger) 박사가 이끈 연구팀은 생명체 존재 가능성이 가장 높은 45개의 외계행성을 선별하고, 추가 발견을 위한 탐색 기법을 제안했다.

외계행성 탐색, 어떻게 이뤄지나

천문학자들이 외계행성을 찾는 주요 방법은 두 가지다. 첫째는 '통과법(transit method)'으로, 행성이 항성 앞을 지날 때 별빛이 얼마나 어두워지는지 측정하는 방식이다. 행성이 클수록 감광 현상이 두드러진다. 둘째는 항성의 '흔들림(wobble)'을 측정하는 방법이다. 행성이 중력으로 항성을 잡아당기기 때문에 발생하는 현상으로, 칼테네거 박사는 이를 "목줄에 힘을 주는 개"에 비유했다. 행성이 가깝고 항성이 작을수록 흔들림이 뚜렷하게 나타난다.

현재까지 발견된 외계행성은 6,000개가 넘지만, 대부분은 생명체가 살기 어려운 환경이다. 발견된 행성의 상당수는 '뜨거운 목성(hot Jupiter)'으로 불리는 거대 가스행성으로, 항성에 극도로 가까이 공전한다. 이런 행성이 많이 발견된 것은 실제로 흔해서가 아니라 탐지가 쉽기 때문일 수 있다. 연구팀은 더 작고 차가운 항성 주변에서 암석형 행성을 찾는 것이 생명체 탐색에 유리하다고 제안했다.

생명체 존재 조건: 암석 표면과 거주가능 영역

생명체 후보로 고려되려면 행성이 두 가지 조건을 충족해야 한다. 암석 표면이 있어야 하고, 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 궤도 거리인 '거주가능 영역(habitable zone)'에 위치해야 한다.

흥미롭게도 2021년 소설 '프로젝트 헤일 메리'가 출간된 이후, 과학자들은 타우 세티에 거주가능 영역 내 행성이 없을 가능성이 높다고 판단했다. 칼테네거 박사는 이를 두고 "태양을 먹어치우는 아스트로파지(astrophage)가 거기서 진화할 수 없었다는 의미이니 인류에게는 희소식"이라고 농담했다.

어디로 가야 할까: 유력 후보 행성들

연구팀이 꼽은 첫 번째 유력 후보는 트라피스트-1(TRAPPIST-1) 항성계다. 1999년에 발견된 이 작은 적색왜성 주변에는 거주가능 영역 내에 무려 7개의 암석형 행성이 있다. 현재 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope)의 주요 관측 대상이다.

덜 알려진 후보로는 TOI-715가 있다. 이 적색왜성 주변에는 지구 질량의 3배인 '슈퍼지구(super-Earth)' TOI-715 b가 거주가능 영역에서 공전하고 있다. 다만 139광년 거리에 있어 미래의 성간 우주선으로도 도달하기 쉽지 않다.

가장 가까운 후보는 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)다. 지구에서 불과 4.25광년 떨어진 이 항성계에도 거주가능 영역 내 지구형 행성이 있다.

경계에 있는 행성들: 물 없이도 생명이?

연구팀은 거주가능 영역 내 45개 행성 외에도 '경계에 있는 행성' 24개를 추가로 선별했다. 칼테네거 박사는 "이런 행성들이 가장 흥미롭다"고 말했다. 액체 상태의 물이 존재하기 어려운 궤도지만, 그렇다고 생명체가 없다고 단정할 수 없다. 영화 '프로젝트 헤일 메리'에 등장하는 외계인 '로키(Rocky)'의 고향 행성처럼, 물 없이도 생존 방식을 찾은 생명체가 있을 수 있기 때문이다.

외계 생명체 탐색의 미래 [AI 분석]

이번 연구는 외계 생명체 탐색의 방향성을 재정립한다는 점에서 의미가 크다. 제임스 웹 우주망원경의 관측 역량이 본격화되면서 거주가능 영역 내 암석형 행성의 대기 성분 분석이 가능해지고 있다. 향후 10년 내 이들 행성에서 생명체 존재 징후인 '바이오시그니처(biosignature)'가 발견될 가능성이 높다.

또한 트라피스트-1처럼 다수의 암석형 행성을 보유한 항성계는 비교 연구에 이상적인 환경을 제공한다. 같은 항성 주변에서 조건이 다른 여러 행성을 비교함으로써 생명체 발생 조건에 대한 이해가 깊어질 전망이다.

프록시마 센타우리는 가장 가까운 후보라는 점에서 미래 성간 탐사 계획의 1순위 목적지로 부상할 가능성이 높다. 브레이크스루 스타샷(Breakthrough Starshot) 같은 초소형 탐사선 프로젝트가 현실화되면, 인류 역사상 처음으로 다른 항성계를 직접 탐사하는 날이 올 수 있다.