2013 년 1월 1 을 기준으로 현재 등록된 외계 행성의 수는 854 개이며 이들이 673 개의 행성 시스템 (126 개는 두개 이상의 행성을 가진 시스템) 에 속해있다고 합니다. 현재 인류의 기술이 미숙하기 때문에 솔직히 현재까지 대부분의 외계 행성들을 발견하지 못했다고 봐야겠지만 그럼에도 꽤 많은 외계 행성들이 최근 발견된 것이 사실입니다. 사실 외계 행성이 발견되기 전에도 많은 과학자들은 태양계 같은 행성 시스템이 태양만의 전유물이 아닐 것으로 생각하고 있었습니다. 이제 우리는 이에 대해서 좀 더 구체적인 정보를 가지고 이야기 할 수 있습니다.
아무튼 이렇게 외계 행성에 대한 연구가 진행됨에 따라 다시 오래전부터 거론되던 의문이 다시 제기 될 수 밖에 없습니다. 그것은 과연 얼마나 많은 외계 행성이 존재하느냐 하는 의문인데 사실 외계 생명체가 얼마나 흔할 것이냐는 질문과도 연관성이 있다고 하겠습니다.
(수많은 외계 행성들에 대한 상상도 Credit: NASA/JPL-Caltech )
단순하게 생각해서 태양 같은 흔한 황색 왜성에도 8 개의 행성이 존재하고 어쩌면 우리가 모르는 추가 행성들이 존재할 가능성 마저 배제를 할 수 없습니다. 적어도 평균적으로 한 항성당 행성급 천체 (사실 행성의 정의를 어떻게 내리느냐도 문제가 될 수는 있지만 수성 - 목성 급 천체나 그 이상 천체를 기준으로 했을 때) 만 존재해도 우리 은하에만 1000 억에서 4000 억개의 외계 행성이 존재한다는 결론이 나오게 됩니다. 물론 우주 전체에 존재한 수천억개의 무수한 은하까지 합치면 우주의 존재하는 행성급 천체의 수는 무한하다고 해도 과언이 아닐 것입니다.
현재 우리가 외계 행성의 탐사를 시행한 부분은 우리 은하계에서 극히 일부인 지구에서 300 광년 이내가 대부분 입니다. 이 정도 정보를 가지고 평균적으로 우리 은하계에 과연 얼마나 많은 외계 행성이 존재하지 추정하는 것은 적지 않은 오류를 범할 수 있습니다. 또 심지어 지구 주변에 있는 별들 주변에 외계 행성의 존재 역시 다 알고 있는 게 아닌 상태죠.
(현재까지 발견된 외계 행성은 태양에서 300 광년 안쪽입니다. 위의 그림에서는 크게 그렸지만 사실 적어도 10 만 광년 너비의 우리 은하의 크기에 비해서 0.3% 조차 안되는 길이입니다. Credit : NASA /JPL )
이와 같은 한계에도 불구하고 역시 인간의 호기심은 어쩔 수 없는 것이어서 다양한 방법으로 외계 행성의 밀도와 숫자를 추정하려는 시도들이 계속되고 있습니다. Jonathan J. Swift 를 비롯한 칼텍 (California Institute of Technology (Caltech) ) 의 연구자들 역시 그런 경우라고 할 수 있습니다.
스위프트와 그의 동료들은 케플러 - 32 (Kepler - 32) 라는 한 M 형 적색 왜성을 분석했습니다. 이런 적색 왜성은 사실 우리 은하에서 가장 흔한 형태의 별로 전체의 3/4 을 차지한다고 생각되고 있습니다. 연구자들이 이 별을 선정한 이유는 아주 흔하고 전형적인 형태의 별이기 때문인데 그들에 의하면 케플러 32 는 5 개의 행성을 가지고 있는 것으로 보인다고 합니다.
케플러 32 의 행성 시스템은 지구와는 다소 다른 특징이 있는데 그것은 모항성에 매우 가까운 궤도를 돌고 있다는 것입니다. 행성의 크기 자체는 지구 지름의 0.7 에서 2.7 배 수준으로 지구와 비슷한 암석형 행성의 가능성이 있습니다. 비록 생명체 거주 가능성은 없겠지만 이런 형태의 외계 행성 시스템이 우주에는 매우 흔한 것이 아닌가 연구팀은 추정하고 있습니다.
저자에 의하면 이전에 케플러 우주 망원경 데이터를 이용해 거의 평균적으로 하나 정도의 외계 행성이 한개의 별에 존재한다고 생각했지만 실제로는 2 개가 더 정답에 가까울 수 있다고 합니다. 그러면 우리 은하에는 수천억개 X 2 개의 외계 행성이 있는 셈입니다.
이와 같은 여러가지 간접 추정에 의해 구체적으로 외계 행성의 평균적인 밀도 (즉 한개의 별당 평균적으로 몇개의 행성이 있는지) 를 구하려는 연구가 진행중이지만 사실 현재까지 우리가 가진 정보를 바탕으로 정확한 추정을 한다는 것은 거의 불가능하다고 생각됩니다. 왜냐하면 현재 우리의 기술로 밝혀낼 수 있는 외계 행성의 수는 극히 일부에 불과할 것이기 때문입니다.
여기에 대부분 직접 망원경의 관찰로 이미지를 얻는 방법이 아니라 외계 행성과 모항성의 상호 작용 (식현상이든 중력에 의한 작용이든) 을 이용해서 그 수와 궤도 질량들을 추정하는 방식이라 모 항성에서 어느 정도 떨어진 외계 행성에 대해서는 아주 제한적인 지식만을 가질 수 밖에 없는 한계가 있습니다. 예를 들어 20 광년 밖에서 태양계를 관측하면 사실 소행성대 밖에 존재하는 외행성의 존재는 모를 수도 있겠죠.
결국 얼마나 많은 외계 행성이 존재하는지에 대한 질문에 대해서 현재 우리는 자신있게 말할 수는 없습니다. 따라서 이 질문에 대한 답은 언젠가 우리의 관측 기술이 대단히 진보해서 수십 광년 밖의 외계 행성의 직접 이미지를 얻을 수 있거나 혹은 가까운 별들로 직접 탐사선들을 보내 일종의 인구 조사를 실제로 시행할 수 있다면 모를 까 한동안은 여러가지 간접적인 방법에 의한 추정만 가능한 질문이라고 생각됩니다. 이런 한계에도 불구하고 역시 인류 문명 진보의 원동력인 인간의 호기심을 막을 수는 없을 것이고 앞으로 더 정확한 추정치들이 나오게 될 것이라고 생각됩니다.
그리고 우리 은하의 별당 외계 행성이 평균 한개이든 두개이든 간에 아마 외계 행성 자체가 수천억개 이상 무수히 많이 존재한다는 것은 아마도 의심하기 힘들겠죠. 그 다음 궁금증은 아마도 외계 생명체는 얼마나 흔할 것인가 ? 그리고 그 중에 인류 같은 지적 생명체는 얼마나 진화했을까 이겠죠. 언젠가 그 질문에 대한 결정적인 답이 나올 것으로 믿습니다.
참고
Journal Reference:
- Jonathan J. Swift, John Asher Johnson, Timothy D. Morton, Justin R. Crepp, Benjamin T. Montet, Daniel C. Fabrycky, Philip S. Muirhead. Characterizing the Cool KOIs IV: Kepler-32 as a prototype for the formation of compact planetary systems throughout the Galaxy. Astrophysical Journal, 2012;
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