우주 이야기 197 - 외계 달을 발견하다 ?

 이론적으로는 반드시 있을 것으로 생각되지만 실제로는 관측하기 매우 힘든 것들이 존재합니다. 예를 들어 힉스 입자가 과거 그랬었죠. 그리고 외계 달 (Exomoon) 역시 지금까지 그런 존재로 받아들여집니다. 우리의 태양계가 특별한 곳이 아니라는 점을 감안하면 당연히 외계 위성이 존재하는 것은 다른 태양계들도 마찬가지일 것입니다. 행성계에 관한 우리의 일반적인 이론과 지식을 기반으로 생각했을 때도 당연히 같은 결론이 나올 수 밖에 없습니다.  

 하지만 현재까지의 기술적 진보를 총 동원해도 외계 달을 찾아낸다는 것은 거의 불가능에 가까운 일입니다. 외계 행성까지는 어떻게 모항성과의 상호작용이나 혹은 드물게 이미지를 직접 얻는 일이 가능해도 여기서 외계 위성의 존재까지 찾아내는 것은 너무 힘든 일이기 때문입니다. 하지만 태양계 너머의 행성 - 위성 시스템에 대한 연구는 많은 연구자들이 지금도 다루고 싶어하는 주제이기도 합니다.

 지금으로부터 2년 반전인 2011 년 6월, 뉴질랜드의 천문학자들은 궁수자리 방면에서 드문 천문 현상인 마이크로렌징 (microlensing) 을 발견했습니다. 이 현상은 지구와 멀리 떨어진 별 사이에 어떤 천체가 끼어들어 중력 렌즈 (gravitational lens effect) 효과로 갑자기 밝아지는 현상입니다. 이는 아인슈타인의 상대성 이론으로 예측된 효과로 실제 천문학자들은 관측을 통해 수많은 중력 렌즈 효과를 발견해 왔습니다. 마이크로렌징은 상대적으로 작은 질량의 천체에서 나타나는 중력 렌즈 효과로 항성만한 크기에서 행성만한 크기의 천체를 찾아낼 때 유용합니다.  

 천문학자들은 이 때 나타난 마이크로렌징 효과를 오랜 시간 분석했고 결과적으로 이것이 작은 별 주위를 도는 해왕성 만한 크기의 외계 행성이거나 혹은 큰 행성 주변을 도는 큰 위성에 의한 것이라고 판단했습니다. 전자의 경우 갈색 왜성의 가능성도 있지만 이 경우라도 행성으로 보지는 않기 때문에 주변을 도는 것은 위성이 아닌 행성입니다. 후자의 경우 홀로 떠도는 큰 행성 주변을 지구보다 작은 위성이 공전하는 경우라고 할 수 있고 이것은 진정한 의미의 외계 달 (Exomoon) 이라고 볼 수 있습니다.  

(외계 행성 주변을 공전하는 외계 위성들의 상상도.   Credit : NASA/JPL-Caltech)

 실제로 연구자들은 후자보다는 전자의 가능성이 더 높다고 생각하고 있습니다. 문제는 이런 현상이 매우 드물게 일어나기 때문에 검증이 매우 어렵다는 점입니다. 만약 모항성 없이 떠돌아 다니는 행성의 위성이 우연히 마이크로렌징에 의해 발견되었을 경우 사실 재검증은 거의 불가능에 가까울 수도 있습니다. 왜냐하면 이런 일은 매우 드물게 일어나기 때문이죠. 

 멀리 떨어진 위성은 매우 작기 때문에 이것이 우연히 별빛 앞을 가리는 현상을 일으키고 이것이 마침 지구에 있는 망원경에 포착될 가능성은 단순히 생각해봐도 극도로 드문 일일 것입니다. 즉 다시 재검증이 어렵다는 이야기 입니다. 이 천체 - MOA-2011-BLG-262 라고 명명된 - 의 재검증은 어려울지 모르지만 천문학자들은 다른 방법을 찾고 있습니다.

 과거 수년간 막대한 수의 별을 관측해서 그 별빛의 변화를 측정한 케플러 자료를 토대로 과학자들은 케플러 외계 위성 탐사 (HEK : Hunt for Exomoons with Kepler) 를 2011 년부터 진행중에 있습니다. 아직 가시적인 성과는 없지만 매우 드문 일이라고 할지라도 오랜 시간 관측을 통해서 결국은 밝혀내는 날이 오게 될 것입니다. 더 나아가 아주 강력한 망원경이 개발되면 외계 달의 직접 이미지를 얻게 될 날도 올 수 있습니다. 

 해왕성 보다 더 큰 크기의 거대 행성 주변을 도는 화성에서 지구 크기의 외계 달은 생명체 존재 가능성 때문에 더 관심을 끄는 존재입니다. 목성만한 행성이라면 주변에 지구만한 위성을 거느린다고 해도 이상할 것이 없겠죠. 그리고 그 목성급 행성이 모항성에서 적당한 거리에 있다면 위성에서 생명이 탄생하지 말라는 법이 없습니다. 

 이런 흥미로운 가정을 빼고 생각해도 사실 태양계에도 아주 다채롭고 재미있는 위성들이 존재합니다. 이것보다 더 흥미로운 위성들이 태양계 너머에 존재한다고 해도 이상할 것은 없겠죠. 따라서 행성 사냥꾼들의 위성 사냥은 당장에는 성과를 거두기 힘들어도 앞으로 계속될 것입니다. 언젠가 외계 위성의 의심할 바 없는 증거들이 대거 발견될 것으로 기대합니다. 

 참고

Reference

1. Bennett, D. P. et al. A Sub-Earth-Mass Moon Orbiting a Gas Giant Primary or a High Velocity Planetary System in the Galactic Bulge.  Preprint available at http://arxiv.org/abs/1312.3951 (2013)

http://en.wikipedia.org/wiki/Hunt_for_Exomoons_with_Kepler

http://www.nature.com/news/first-possible-exomoon-spotted-1.14430

http://news.discovery.com/space/astronomy/has-a-sub-earth-sized-exomoon-been-discovered-131223.htm