우주 이야기 1057 - 식현상을 일으키는 쌍성계를 이용해서 외계 행성을 찾는다?

 (This artist’s impression shows an eclipsing binary star system. Credit: ESO/L. Calçada)

 천문학자들은 이제까지 4000개 이상의 외계 행성을 찾아냈지만, 그 중 극히 일부만이 망원경으로 직접 관측이 가능해 스펙트럼과 밝기 등 주요 특징을 확인할 수 있습니다. 나사는 더 많은 외계 행성을 직접 관측하기 위해 제임스 웹 우주 망원경 같은 차세대 망원경을 준비하는 한편 앞서 소개한 것처럼 거대한 우주 코로나그래프인 스타쉐이드 (Starshade) 프로그램을 계획하고 있습니다. 

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 행성의 밝기는 별의 10억 분의 1 수준에 지나지 않기 때문에 이를 직접 관측하기 위해서는 훨씬 밝은 모항성의 별빛을 가려야 합니다. 그런데 거대한 우주 가림막 없이 지금 있는 망원경만으로도 할 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. 툴루즈 대학의 스테파노 벨로티 (Stefano Bellotti, a Ph.D. student at the L'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) at the University of Toulouse)와 그 동료들은 쌍성계의 식현상을 통해서 행성을 직접 관측할 수 있는 가능성을 조사했습니다. 

 

 우주에는 태양처럼 혼자 있는 별도 많지만, 두 개 이상의 별이 서로 중력으로 묶여 공전하는 쌍성계가 흔합니다. 만약 이 쌍성계가 지구에서 봤을 때 서로를 가리는 식현상이 일어난다면 밝은 별의 빛을 제외하고 행성만의 빛을 확인할 수 있는 가능성이 있습니다. 물론 그래도 별빛이 훨씬 강하지만, 식현상이 일어날 때와 그 전후의 이미지를 비교해서 콘트라스트를 높여 대조하면 행성의 빛을 찾아낼 수 있다는 것입니다.

 연구팀은 U Cephei, AC Scuti 같은 밝기 변화가 큰 쌍성계를 대상으로 가능성을 조사했습니다. 그 결과 현재 존재하는 망원경으로는 목성 질량의 4.5배와 9배 정도 되는 외계 행성의 빛을 담을 수 있는 것으로 나타났습니다. 그리고 차세대 망원경을 이용하면 목성 질량의 1.5배에서 6배 정도로 크기를 더 낮출 수 있었습니다. V1412 Aquilae, RR Caeli, RT Pictoris 처럼 지구에서 가까운 쌍성계의 경우 지구, 금성, 목성 같은 태양계 행성 같은 행성이 있을 경우 관측 가능성이 있다는 결과를 얻었습니다

  

 현재까지 쌍성계 주변에서 확인된 외계 행성의 숫자가 적기는 하지만, TESS를 비롯한 새로운 관측 데이터가 쏟아져 나오면 수많은 쌍성계 주변 행성이 밝혀지면서 이들의 이미지를 직접 담을 수 있는 기회가 늘어날 것으로 기대됩니다. 결국 수십 년 이내로 과학자들이 외계 행성의 이미지를 직접 얻어 실제로 생명체가 살 만한 조건인지 알아내는 날이 올 것으로 생각합니다. 

 

 참고 

 Bellotti et al., Detecting Exoplanets Using Eclipsing Binaries as Natural Starshades. arXiv:2007.09623v2 [astro-ph.EP]. arxiv.org/pdf/2007.09623.pdf

https://phys.org/news/2020-08-natural-starshades-astronomers-image-exoplanets.html