(미세 중력렌즈 효과를 이용한 외계 행성 찾기. IDENTIFYING PLANETS. This graphic illustrates how a star can magnify and brighten the light of a background star when it passes in front of the distant star. If the foreground star has planets, then the planets may also magnify the light of the background star, but for a much shorter period of time than their host star. Astronomers use this method, called gravitational microlensing, to identify planets.
Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI))
현재까지 발견된 대부분의 외계 행성은 모두 모항성에서 가까운 것입니다. 현재 기술로는 주로 모항성 근처를 공전하는 행성을 쉽게 발견할 수 있기 때문입니다. 하지만 태양계를 보더라도 여러 행성들이 태양에서 멀리 떨어져 있습니다. 따라서 천문학자들은 이를 발견하기 위해 노력하고 있습니다. 문제는 멀리 떨어진 어두운 행성을 발견할 방법이 마땅치 않다는 것이죠.
여기에서 천문학자들은 다시 아인슈타인의 상대성 이론의 힘을 빌릴 수밖에 없습니다. 현재있는 망원경으로 확대할 수 있는 크기에 한계가 있기 때문에 중력이 만드는 렌즈의 힘을 빌리는 것이죠. 중력 렌즈는 중력에 의해 빛의 경로가 변하면서 렌즈 같은 기능을 하는 현상을 이야기 합니다.
보통은 은하나 은하단 같은 큰 천체의 중력에 의해서 잘 발견되지만, 이와 같은 작은 천체를 찾기 위해서 작은 크기의 중력 렌즈인 미세 중력렌즈(microlensing) 기술이 최근 크게 발전했습니다. 이를 통해서 외계 행성의 존재를 증명할 수 있게 된 것이죠.
노트르담 대학의 데이비드 베넷(David Bennett of the University of Notre Dame, Indiana)을 비롯한 천문학자 그룹은 허블 우주 망원경과 켁 망원경을 이용해서 OGLE-2005-BLG-169 라는 별 주변에서 해왕성 크기의 외계 행성을 찾아내는 데 성공했습니다.
본래 이 별은 2005년 Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) 데이터 수집에서 그 미세 중력 렌즈 효과를 확인한 바 있었습니다. 다시 천문학자들은 Microlensing Follow-Up Network (MicroFUN) 및 Microlensing Observations in Astrophysics (MOA)이라는 후속 연구를 진행했고 여기에서 미세 중력렌즈 효과를 이용해 외계 행성을 찾아냈습니다.
방법은 조금 복잡합니다. 일단 이전 데이터와 6.5년 후 관측 데이터를 비교해서 미세 중력 렌즈 효과의 차이를 검증해야 합니다. 우선 멀리 있는 천체를 기준으로 이 별이 만드는 중력 렌즈 효과를 검증해야 합니다. 그리고 다시 시간이 지난 후 중력 렌즈 효과를 다시 검증해야 합니다.
만약 이 별 주위를 도는 행성이 존재한다면 그 위치의 차이에 의해서 미세 중력렌즈 효과는 조금 달라지게 될 것입니다. 즉 공전 위치에 따라 또 한번의 작은 중력 렌즈 효과가 나타나는 것이죠. (위의 그림 참조) 이를 통해서 과학자들은 이 별이 행성만한 크기의 동반 천체를 가지고 있다는 것을 증명할 수 있습니다.
이 미세 중력렌즈 효과는 당연히 연구 과정이 까다롭지만, 대신 모항성에서 멀리 떨어진 행성을 검출할 수 있다는 장점이 있습니다. 이번 연구에서는 목성 궤도를 공전하는 해왕성 크기의 외계 행성을 발견했습니다. 아마도 이런 외계 행성 역시 흔하게 존재할 것이지만, 이를 검출해내는 일은 매우 어려운 일입니다.
하지만 앞으로 더 강력한 망원경이 등장한다면 점차 이런 외계 행성들을 찾아내는 일이 가능해질 것입니다. 그리고 어쩌면 행성이 거느리고 있는 외계 위성을 찾는 일도 가능할지 모릅니다. 결국 언젠가는 태양계와 아주 흡사한 행성계를 찾아내는 일도 어렵지 않을 것으로 기대합니다.
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