태양보다 더 붉은 별을 공전하는 외계 행성을 묘사한 그림. Gillis Lowry


최근 개봉한 SF영화 ‘프로젝트 헤일메리’는 죽어가는 태양계를 구하기 위해 태양계 밖으로 떠난 한 남자의 사투와 외계인과의 우정 이야기를 담고 있다.
영화의 원작자인 SF작가 앤디 위어는 과학적 상상력을 발휘하는 무대로 실제로 존재하는 2개의 항성계를 등장시켰다. 하나는 천문학자 프랭크 드레이크가 1960년 처음으로 전파망원경을 이용해 외계 생명체 탐색을 시도했던 ‘타우세티’, 다른 하나는 1960년대 미국 인기 드라마 스타트렉 시리즈에서 외계 골드몽게임 문명이 번성한 벌컨 행성의 중심별로 나온 ‘40 에리다니’다. 타우세티는 지구에서 12광년 거리에 있는 단독 별, 40 에리다니는 16광년 떨어진 곳에 있는 삼중성계 별이다.
헤일메리 영화에서 타우세티는 태양 에너지를 삼키는 미생물 아스트로파지의 피해를 입지 않은 유일한 항성계로, 40 에리다니는 주인공 라인랜드 그레이스(라이언 고슬링)의 우주전함야마토게임 친구가 된 외계인 로키의 고향 항성계로 묘사돼 있다. 그레이스는 40 에리다니를 공전하는 행성의 대기 구성과 표면의 온도 및 압력을 계산하고, 그곳에 사는 외계인의 생리적 특징을 예측하는 방식으로 로키가 어느 별의 행성에서 왔는지 알아냈다.



영화 프로젝트 헤일메리에서 태양 릴박스 계를 구원하기 위해 우주선을 타고 외계에 도착한 주인공 그레이스. 소니픽처스 제공


6000여개 외계행성 목록에서 뽑아

영화 ‘마션’의 원작자이기도 한 위어가 두 별을 택한 것은 과학적 개연성을 토대로 이야기를 확장시키기에 좋은 대상이었기 때문이다. 타우세티는 바다이야기룰 태양과 질량, 온도, 크기가 매우 비슷하고 지구에서 맨눈으로 볼 수 있는 가장 가까운 단독 항성 중 하나다. 40 에리다니는 태양보다 조금 작지만 안정적인 3중성계다.

미국 코넬대 연구진이 이 영화처럼 생명체가 존재할 가능성이 있는 생명체 거주 가능 영역(HZ)의 외계행성 45개를 선정해 국제학술지 ‘왕립천문학회 월보 오션파라다이스사이트 ’에 발표했다. 가장 가까운 것은 4.24광년 거리의 프록시마 센타우리b, 가장 먼 것은 1206광년 거리의 케플러-442b다.
연구진은 이어 대기층 두께와 구름, 행성이 받는 열 등 더 엄격한 기준을 적용해 생명 존재 가능성이 더 높은 것으로 추정되는 24개 행성도 추려냈다. 연구대로라면 이 24개 외계 행성이 훗날 생명체 탐색 우주선을 보낼 우선 대상인 셈이다.



거주 가능 영역에 있는 행성이란 지구처럼 액체 상태의 물이 안정적으로 존재할 수 있는, 하나 또는 여러 개의 별을 도는 암석 행성을 말한다. 이런 조건을 갖추려면 별에서 너무 가깝지도, 너무 멀지도 않아야 한다. 또 지구가 태양으로부터 받는 에너지와 가장 비슷한 에너지를 받아야 한다. 영화에서 그레이스는 타우세티의 행성 중 하나인 아드리안에서 태양계를 구원할 미생물 타우메바를 발견한다.
리사 칼테네거 교수(칼세이건연구소 소장)가 이끄는 연구진은 유럽우주국의 가이아우주망원경과 2025년 말 현재 미국항공우주국(나사) 외계행성 수록집의 데이터를 활용해 생명체 거주 가능 영역(일명 ‘골디락스 존’)에 있는 행성들을 골라냈다.
1995년 첫 외계행성 발견 이후 천문학자들이 지난 30여년 동안 확인한 외계 항성은 4582개, 외계 행성은 6150여개에 이른다.



지구에서 40광년 거리에 있는 트라피스트-1 항성계의 중심별과 7개 행성을 묘사한 상상도. 거주 가능 영역에 있는 행성은 중심별에서부터 3~6번째 행성이다. 미국항공우주국 제공


40광년 거리의 네 행성 주목

칼테네거 교수는 “헤일메리 영화가 보여주듯이 6000여개의 외계 행성 중 어느 것이 외계 생명체를 품고 있을 가능성이 가장 높은지 알아내는 것은 모든 사람에게 매우 중요할 수 있다”며 “이번 연구는 우리가 최후의 수단으로 우주선을 만든다면 생명체를 찾기 위해 어디로 가야 할지 알려준다”고 말했다.

연구진이 선정한 외계 생명체 탐색 대상 1순위에 오른 행성에는 태양계에서 가장 가까운 항성계에 있는 프록시마 센타우리b를 비롯해 트라피스트 1f, 케플러 186f, 토이(TOI) 715b 등이 포함돼 있다.
연구진은 가장 흥미로운 행성으로 지구에서 40광년 거리에 있는 트라피스트-1 항성계의 네 행성(d, e, f, g)과 48광년 거리에 있는 LHS 1140b를 꼽았다. 질량이 태양의 10분의 1인 트라피스트-1은 태양과 비슷하게 행성을 7개나 거느리고 있는 별이다. 과학자들은 지난해 이 별의 네번째 행성에서 지구와 비슷한 대기가 있을 가능성을 시사하는 신호를 포착했다. LHS 1140b 행성은 표면 전체가 얼음이나 물로 덮인 하이션(Hycean) 행성일 가능성이 있다고 본다. 연구진은 “이 행성들에 액체 상태 물이 존재할 수 있는지는 대기를 유지할 수 있는지에 달려 있다”고 밝혔다.



지구에서 31광년 거리에 있는 지구 질량의 외계행성 볼프 1069b 상상도. 미국항공우주국 제공


미래 우주망원경 탐사 지침으로

지구가 태양으로부터 받는 빛과 가장 유사한 빛을 받는 천체들로는 트라피스트-1e, 토이-715b, 케플러-1652b, 케플러-442b, 케플러-1544b와 프록시마 센타우리b, GJ 1061d, GJ 1002b, 볼프(Wolf) 1069b가 꼽혔다.

또 거주 가능 영역의 안쪽 경계선에 있는 행성으로는 5개 행성(K2-239d, TOI-700e, K2-3d, 울프 1061c, GJ 1061c)이, 바깥쪽 경계선에 있는 행성으로는 3개 행성(트라피스트-1g, 케플러-441b, GJ 102)가 꼽혔다.
공동저자인 애비게일 볼 연구원은 “이 행성들을 관찰하면 거주 가능성이 사라지는 지점, 생명체가 살기에 과도한 에너지의 양 등을 파악하는 데 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
연구진은 이번에 작성한 목록이 2027년 발사 예정인 나사의 낸시 그레이스 로만 우주망원경, 2029년 첫 관측 예정인 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(ELT), 나사가 2040년대 발사를 목표로 추진 중인 거주 가능 세계 관측소(HWO), 스위스 취리히연방공대 과학자들이 제안한 외계 행성 탐사용 대형 간섭계(LIFE) 프로젝트 등을 통해 밤하늘을 연구할 천문학자들에게 좋은 지침이 될 수 있을 것으로 기대했다.
*논문 정보
Probing the limits of habitability: a catalogue of rocky exoplanets in the habitable zone.
https://doi.org/10.1093/mnras/stag028
곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr