제임스웹우주망원경을 통해 시급하게 탐색해 조사가 필요한 외계행성이 발견되었다. 지금까지의 관측을 바탕으로 한 과학자들의 추정에 따르면 이 행성은 표면 전체가 물과 같은 액체로 뒤덮인 ‘바다 행성’일 가능성이 높다.

캐나다 몬트리올대 외계행성연구소(iREx)가 중심이 된 국제연구진은 지구에서 약 100광년정도 떨어진 용자리의 쌍성계 별 중 가장 큰 별인 TOI-1452를 공전하는 외계행성을 관찰한 결과, 표면 전체가 두터운 액체로 뒤덮여 있을 가능성이 높은 것으로 분석됐다고 국제 학술지인 ‘천문학 저널(The Astronomical Journal)을 통해 밝혔다.

‘TOI-1452B’라는 학명의 행성은 지구보다는 크기와 질량이 조금 더 크며 너무 뜨겁지도 않고 춥지도 않은 이른바 ‘골디락스 영역’에 있다. 골디락스 영역이란 지구 상의 생명체들이 살아가기에 적합한 우주공간의 범위를 의미하는 것으로 사람과 같은 생명체라면 생명체가 존재할 확률이 높은 영역을 의미한다.

연구를 이끈 르네 도용 교수는 “우리 연구실에서 설계한 스피루(SPIRou)라는 이름의 특수 분광편광계와 자체 개발한 분석 방법 덕분에 이 독특한 외계행성을 탐지할 수 있었다”고 말했다.

연구진은 2019년 미국항공우주국(NASA)의 외계행성 탐색 우주망원경 ‘테스(TESS)가 찾아낸 별 TOI-1452의 밝기가 11일마다 약간씩 어두워 지는 것에 주목했다. 이는 이 별을 중심으로 지구의 달처럼 공전하는 외계 행성이 있다는 것을 의미하기 때문이다. 행성이 별 앞을 통과할 때 별 빛이 약해지기 때문에 약간씩 어두워졌던 것이다.

연구진은 퀘백 인근의 몽간틱천문대(OMM)의 외계행성 전용 관측 카메라인 ’페스토(PESTO)‘를 통해 추적관찰을 시작했다. TOI-1452는 태양보다 훨씬 작은 적색왜성으로 비슷한 크기의 다른 별과 짝을 이뤄 서로를 돌고 있는 쌍성계 별이다.

두 별 사이의 거리는 태양∼명왕성의 2.5배이지만 테스 망원경에서는 두 별이 하나로 보였다. 연구진은 페스토 카메라의 높은 해상도 덕분에 이 별이 하나가 아니라 두 별로 이뤄져 있으며, 행성은 두 별 가운데 TOI-1452를 돌고 있다는 걸 확인했다.

과학자들은 궤도를 도는 행성의 중력의 영향으로 별빛이 얼마나 흔들리는지를 분석하는 시선속도(radial velocity)를 통해 그 행성의 질량을 추정하고 별 앞을 지나갈 때 빛을 얼마나 차단하는지를 파악하는 광도곡선(light curve)를 통해 행성의 크기를 추정한다. 연구진은 이런 방법으로 이 행성이 지구의 1.7배의 크기이면서 질량은 4.8배 높은 것으로 분석됐다.

천체의 크기와 질량을 통해 밀도를 계산한 결과, 이 외계 행성은 밀도는 1㎤당 5.6g으로 지구(5.5g)과 비슷한 수준이었다. 질량이 5배 큰데도 밀도가 지구와 비슷하다는 것은 이 천체가 지구보다 더 가벼운 물질로 구성되어 있음을 의마한다. 따라서 이 외계행성은 지구와 같은 암석행성이면서 반경이나 질량, 밀도의 관계는 지구와는 아예 다른 특성을 가진 천체라고 연구진은 판단했다.

지구는 표면의 70% 이상이 바다인 물로 뒤덮인 행성이지만 질량에서 물이 차지하는 비중은 1%정도이다. 물이 더 많은 천체라면 밀도가 지구보다 더 낮아야 하며, 연구진은 이 외계행성의 질량과 밀도를 비교했을 때 물이 전체 질량의 30%를 차지하는 것으로 추정됐다. 연구진은 목성의 위성인 가니메데와 칼리스트, 토성의 위성인 타이탄과 엔셀라두스 등과 비슷한 비율을 가지고 있다고 밝혔다.

논문의 제1 저자인 샤를 카듀 박사과정생은 “TOI-1452b는 우리가 지금까지 발견한 최고의 바다 행성 후보들 중 하나”라고 설명했다. 바다행성의 특성을 갖추고 있는 몇 안되는 따뜻한 행성 중 하나이며 대기를 연구하고 가설을 검증할 수 있을 만큼 지구와 가까이 있다는 점에서다. 게다가 이 외계행성은 연중 언제나 관측할 수 있는 북극성 부근의 용자리 영역에 있다.

지금까지 발견된 5000여개의 외계행성 중 35%는 해왕성(지구의 3.8배) 같은 얼음 행성, 31%는 지구보다 큰 암석행성일 가능성이 큰 슈퍼지구, 30%는 토성이나 목성 같은 거대한 가스 행성이며, 나머지 4%가 지구와 비슷하거나 조금 작은 암석 행성이다.