외계 생명체 거주 가능한 쌍성 행성

태양 크기 별의 거의 절반은 쌍성 행성(binary stars)이다. 새로운 연구에 따르면 쌍성 주위의 행성계는 단일 항성 주위의 행성계와 매우 다를 수 있다.

생명체가 있는 유일한 행성인 지구가 태양을 공전하기 때문에 비슷한 크기의 별 주위에 있는 행성계는 외계 생명체를 찾으려는 천문학자들의 명백한 표적이다. 해당 범주의 거의 모든 두 번째 별은 쌍성이다. 코펜하겐 대학(University of Copenhagen)의 새로운 연구 결과에 따르면 행성계는 태양과 같은 단일 별 주변과 쌍성 주변에서 매우 다른 방식으로 형성된다.

코펜하겐 대학 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute)의 Jes Kristian Jørgensen 교수가 이 프로젝트를 이끌고 있습니다. 대만과 미국 천문학자들도 참여한 이 프로젝트의 연구 결과는 Nature저널에 게재됐다.

새로운 발견은 칠레의 ALMA 망원경이 지구에서 약 1,000광년 떨어져 있는 젊은 쌍성계의 관측을 기반으로 이루어졌다. 쌍성계 NGC 1333-IRAS2A는 가스와 먼지로 구성된 원반으로 둘러싸여 있다. 관측은 쌍성계 진화의 한 지점에서 연구원들에게만 스냅샷을 제공할 수 있다. 연구팀은 시간적으로 앞뒤로 도달하는 컴퓨터 시뮬레이션으로 관찰을 보완했다.

연구팀은 관측을 통해 우리는 별을 확대하고 먼지와 가스가 원반쪽으로 어떻게 이동하는지 연구할 수 있었다. 특히, 가스와 먼지의 이동은 연속적인 패턴을 따르지 않는다. 특정 시점에서(일반적으로 천년마다 10~100년이라는 비교적 짧은 기간 동안) 운동은 매우 강력해집진다. 쌍성은 원래의 상태로 돌아올 때까지 10배에서 100배 더 밝아진다.

아마도 주기적인 패턴은 쌍성(binary star)의 이중성으로 설명될 수 있을 것이다. 두 별은 서로를 둘러싸고 있으며, 주어진 간격으로 그들의 공동 중력은 엄청난 양의 물질이 별을 향해 떨어지는 방식으로 주변 가스와 먼지 원반에 영향을 미칠 것이다.

연구팀의 Rajika L. Kuruwita는 “떨어지는 물질은 상당한 가열을 유발할 것이다. 열은 별을 평소보다 훨씬 밝게 만들 것이다. 이 폭발은 가스와 먼지 원반을 찢고 원반이 다시 쌓이는 동안 폭발은 이후 행성계의 구조에 여전히 영향을 미칠 수 있다”고 말했다.

관측된 항성계는 행성이 형성되기에는 아직 너무 어리다. 팀은 ALMA에서 더 많은 관측 시간을 확보하여 행성계의 형성을 조사할 수 있기를 희망한다.

행성뿐만 아니라 혜성에도 초점이 맞춰질 것이다.

Jes Kristian Jørgensen은 “혜성은 생명체가 진화할 수 있는 가능성을 만드는 데 핵심적인 역할을 할 것 같다. 혜성은 종종 유기 분자의 존재와 함께 높은 함량의 얼음을 가지고 있다. 유기 분자가 행성이 있는 시대 동안 혜성에서 보존된다는 것은 충분히 상상할 수 있다. 불모지이며 나중에 혜성 충돌로 인해 분자가 행성 표면으로 유입될 것”이라고 말했다.

이러한 맥락에서 버스트(bursts)의 역할을 이해하는 것이 중요하다.

바이너리 스타 비디오 시뮬레이션. 쌍성계 NGC 1333-IRAS2A는 가스와 먼지로 구성된 원반으로 둘러싸여 있습니다. 특히, 가스와 먼지의 이동은 연속적인 패턴을 따르지 않는다. 천년마다 10~100년이라는 비교적 짧은 기간 동안 운동은 매우 강력해진다. 쌍성은 원래의 상태로 돌아올 때까지 10배에서 100배 더 밝아진다. credit: Jørgensen, Kuruwita et al.

화학은 연구 범위의 일부다.

Jes Kristian Jørgensen은 “폭발로 인한 가열은 먼지 알갱이와 이를 둘러싼 얼음의 증발을 촉발할 것이다. 이것은 행성이 형성되는 물질의 화학적 조성을 변경할 수 있다. ALMA가 다루는 파장을 통해 우리는 상당히 복잡한 유기 분자를 볼 수 있으므로 9-12개의 원자를 갖고 탄소를 포함하는 분자를 볼 수 있다. 이러한 분자는 우리가 알고 있는 생명의 핵심인 보다 복잡한 분자의 빌딩 블록이 될 수 있다”고 설명했다.

머지 않아 새로운 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 외계 생명체 탐색에 합류할 것이다. JWST는 2027년에 관측을 시작할 계획인 ELT(European Large Telescope)와 매우 강력한 SKA(Square Kilometer Array)로 보완될 것이다. ELT는 39미터 거울로 가장 큰 광학 세계의 망원경으로, 외행성(태양계 밖의 행성, ed.)의 대기 조건을 관찰할 태세를 갖추게 될 것이다. SKA는 남아프리카 공화국과 호주에서 수천 대의 망원경으로 구성되며 ALMA보다 파장이 더 길다.

Jes Kristian Jørgensen은 “SKA는 큰 유기 분자를 직접 관찰할 수 있게 해준다. 제임스 웹 우주 망원경은 얼음에서 분자를 관찰하는 데 특히 적합한 적외선에서 작동한다. 가스 형태의 분자를 관찰하는 데 특히 적합한 ALMA와 다양한 소스를 결합하면 흥미진진한 결과가 풍부해질 것”이라고 설명했다.