지구에서 불과 20광년 떨어진 곳에서 새로운 '슈퍼 지구(super-Earth)'형 외계 행성이 발견됐다. 차세대 망원경으로 외계 생명체 존재 가능성을 탐사할 수 있는 유력 후보로 주목받고 있다.

미국 펜실베이니아주립대 연구진을 포함한 국제 공동 연구팀은 최근 왜성(矮星) 'GJ 251'을 공전하는 외계 행성 'GJ 251 c'를 발견했다고 23일(현지시간) 밝혔다. 연구진은 이 행성이 지구 질량의 약 4배로 추정되며 암석형 행성일 가능성이 높다고 밝혔다.

해당 연구는 같은날 학술지 천문학 저널(The Astronomical Journal)에 발표했다. 

연구를 이끈 수브라스 마하다반 펜실베이니아주립대 교수는 "이 행성은 '골디락스 존(Goldilocks Zone)'이라 불리는 거주 가능 구역에 위치해 있어, 액체 상태의 물이 존재할 수 있다면 생명체가 서식할 환경을 갖췄을 가능성이 있다"고 설명했다.

‘골디락스 존'은 천문학과 행성과학에서 생명체가 존재할 수 있는 '적당한 거리의 영역'을 뜻하는 용어다. 영국 동화 골디락스와 세 마리 곰(Goldilocks and the Three Bears)에서 유래했다. 이 이야기에서 주인공 골디락스는 너무 뜨겁지도, 너무 차갑지도 않은 '딱 알맞은' 죽(porridge)을 고른다. 이와 같은 맥락으로, 천문학자들은 별과 행성 사이의 거리 중 생명체가 살기에 '딱 알맞은' 온도 조건이 유지되는 구간을 '골디락스 존'이라고 부른다.

이번 발견은 약 20년에 걸친 장기 관측 데이터와 정밀 분광 분석을 결합해 얻은 결과다. 

연구진은 미국 텍사스 맥도널드 천문대의 허비-에벌리 망원경에 장착된 고정밀 근적외선 분광기 '거주가능 구역 행성 탐색기(HPF·Habitable-Zone Planet Finder)'를 이용해 이 행성을 포착했다. HPF는 펜실베이니아주립대가 설계·제작을 주도했으며, 거주가능 구역 내 지구형 행성을 탐색하기 위해 개발된 장비다.

연구진은 항성 'GJ 251'의 미세한 진동, 즉 도플러 효과로 인한 '별빛의 흔들림'을 정밀 분석해 이 행성의 존재를 확인했다. 먼저 기존에 알려진 내행성 'GJ 251 b'의 주기(14일)를 보정한 후, 새로 관측된 54일 주기의 강한 신호를 포착함으로써 더 큰 질량을 가진 외행성의 존재를 입증했다.

이후 연구진은 애리조나 키트피크 국립천문대의 NEID 분광기를 이용해 같은 신호를 재확인했다. 연구를 총괄한 코리 비어드(캘리포니아대 어바인 캠퍼스 박사)는 "이번 발견은 관측 기술과 데이터 분석이 결합된 최첨단 과학의 성과"라며 "향후 대형 지상망원경이 가동되면 이 행성을 직접 관측해 대기 성분을 분석할 수 있을 것"이라고 말했다.

행성 탐사는 항성의 활동(별의 자기폭풍이나 흑점 등)이 행성의 신호로 오인되는 어려움이 크다. 이를 극복하기 위해 연구진은 다양한 파장에서 나타나는 신호의 변화를 비교·분석하는 복합 계산 모델을 활용했다. 마하다반 교수는 "항성의 잡음 속에서 미세한 신호를 구분하는 것은 매우 정교한 분석이 필요한 작업"이라며 "이번 연구는 복합 데이터 과학과 첨단 분광 기술이 결합한 대표적 사례"라고 설명했다.

이 발견은 펜실베이니아주립대 계산·데이터과학연구소(ICDS)와 미국 국립과학재단(NSF), 미 항공우주국(NASA), 하이징-사이먼스 재단의 지원을 받아 수행됐다. 펜실베이니아주립대 천문학과의 에릭 포드 교수는 "이번 연구는 다학제적 협력의 모범"이라며 "정교한 통계 분석과 고해상도 데이터를 결합함으로써 미래의 외계 생명 탐사에 새로운 길을 열었다"고 말했다.

현재 기술로는 이 행성을 직접 촬영하거나 대기 조성을 확인하기 어렵지만, 30m급 차세대 지상 망원경이 가동되면 대기 중 생명활동의 화학적 징후를 탐색할 수 있을 것으로 기대된다.

마하다반 교수는 "우리가 찾는 것은 단지 행성이 아니라, 생명이 존재할 수 있는 또 다른 지구의 가능성"이라며 "이번 발견은 향후 10년 내 생명체 탐색의 결정적 단서를 제공할 중요한 대상"이라고 밝혔다.