태양계 밖의 행성 ‘베타 피크토리스 b’에서 처음으로 전파 신호가 감지되었다. 이 신호는 외계 지능의 증거가 아니라 행성의 강력한 자기장과 관련된 것으로 보인다고 CNN이 2일(현지시간) 보도했다.

‘베타 피크토리스 b’의 자기장은 목성의 자기장보다 200배 강력하며, 이는 오로라와 전파 방출을 일으킨다. 이 발견은 외계행성의 자기장 연구에 중요한 진전을 의미하며, 연구진은 추가 관측을 통해 더 많은 정보를 얻고자 한다.

하버드 대학교 천문학과 교수 에도 버거(Edo Berger)는 “나는 무선 신호가 외계 지능 탐색과 관련이 있다는 것을 알고 있다.”며, “하지만 이것은 완전히 다른 차원의 문제”라고 말했다.

동료 심사를 거친 학술지에 게재될 예정인 새로운 논문에 따르면, 이번 발견은 지구에서 63광년 떨어진 외계행성 베타 피크토리스 b(Beta Pictoris b)에서 발생하는 것으로 추정되는 반복적인 전파 폭발을 추적한 것이다. 천문학적으로는 매우 가까운 거리이다. 목성의 약 12배 질량을 가진 이 가스 행성은 태양 질량의 1.75배에 달하는 젊은 ‘별 주위’를 공전하는 세 행성 중 하나라고 한다.

매사추세츠주 케임브리지에 있는 하버드-스미소니언 천체물리학 센터(Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)의 연구원인 버거에 따르면, 행성의 자기장과 관련된 과정이 전파 방출을 발생시킨다. 특히, 이번 관측은 지구의 오로라(auroras)와 유사한 현상, 즉 태양에서 방출된 대전 입자(charged particles)로 인한 자기 폭풍(magnetic storms)으로 발생하는 장관을 이루는 오로라를 대상으로 이루어졌다.

지난 9월 15일 논문 사전 공개 플랫폼인 아르크시브(ArXiv)에 게재된 논문의 공동 저자인 버거는 “우리가 관측한 주파수 대역까지 뻗어 있는 전파를 관측하려면 엄청나게 강력한 자기장이 필요하다.”고 설명했다.

모든 행성이 자기장을 가지고 있는 것은 아니다. 자기장을 가진 행성은 외부의 파괴적인 에너지를 막아주는 자연적인 보호막 역할을 한다. 예를 들어, 지구의 자기장은 양성자와 전자 같은 대전 입자를 포함하는 플라스마의 지속적인 유출인 태양풍(solar wind)으로부터 대기를 보호한다.

버거는 “베타 피크토리스 b의 자기장은 목성의 자기장보다 최소 200배는 더 강하다”고 말했다. NASA에 따르면, 목성의 자기장은 태양계에서 가장 큰 구조물인 자기권(자기장의 영향을 받는 공간 영역)을 생성할 만큼 강력하며, 이 자기권은 태양 방향으로 최대 300만 킬로미터까지 뻗어 있다.

목성의 자기장은 또한 목성의 위성 이오의 화산에서 분출된 대전 입자들이 자기장의 극 주변에 갇히면서 눈부신 오로라를 만들어낸다. 거대 가스 행성인 목성이 자전함에 따라 이 대전 입자들은 빛을 내뿜을 뿐만 아니라 전파 신호도 방출한다. 버거는 “이러한 고에너지 입자들이 자기장 내부에서 나선형으로 회전하면서 오로라와 함께 전파를 생성한다.”고 설명했다.

천문학자들은 이러한 유형의 신호를 ‘오로라 전파 방출’이라고 부른다. 이 현상은 이전에 목성, 토성, 태양뿐만 아니라 태양계 밖의 별들과 갈색 왜성(brown dwarfs, 별과 행성의 중간 단계)으로 알려진 차가운 천체에서도 관측되었다. 갈색 왜성은 실패한 별 즉 별처럼 형성은 되지만 핵융합 반응을 일으킬 만큼 충분한 온도를 갖지 못해 붙여진 별칭이다.

버거와 그의 동료들이 베타 피크토리스 b에서 감지한 신호가 바로 이러한 유형의 신호이며, 이는 궁극적으로 오로라와 전파 방출을 일으키는 강력한 자기장의 존재를 시사한다.

버거에 따르면, 자기장은 외계행성의 구조와 대기에 중요한 영향을 미친다. 그는 “전파 관측을 통해 우리 태양계 너머의 행성에 대해 완전히 새로운 시각을 얻을 수 있다”고 말했다.

* 잘 연구된 항성계(star system)

네덜란드 암스테르담 대학교 안톤 판네코크 천문학 연구소(Anton Pannekoek Institute for Astronomy of the University of Amsterdam)의 조셉 캘링엄(Joseph Callingham) 부교수는“이전에도 외계행성에서 나오는 전파 방출의 징후는 있었지만, 그 방출원이 실제로는 모항성일 가능성을 배제할 수 없었기 때문에 어느 것도 확인되지 않았다”고 말했다.

그는 이어 “이번 연구의 독특한 점은 방출되는 빛이 항성과는 별개로 행성 자체에 국한된다는 사실을 밝혀냈다는 것”이라고 이메일을 통해 전했다.

베타 피크토리스계는 우리 태양계의 나이(45억 년)에 비해 약 2300만 년으로 천문학적으로 매우 젊다. 전파 신호의 발신지로 추정되는 행성인 베타 피크토리스 b는 2008년에 발견되됐다. 추가로 베타 피크토리스 c와 베타 피크토리스 d는 각각 2019년 과 2026년 에 발견되었다.

이 행성계는 우리 은하에서 가장 많이 연구된 행성계 중 하나이며, 그 항성에는 30개의 혜성과 거대한 먼지 및 잔해 원반이 있는 것으로 알려져 있다. NASA의 허블 우주 망원경은 2015년에 이 원반을 자세히 촬영했다. 회전하는 원반에서 소용돌이치는 잔해 중 일부는 행성 형성 과정에서 남은 것이다.

연구진은 남아프리카공화국에 있는 64개의 전파 망원경으로 구성된 미어캣 (MeerKAT) 배열을 이용해 신호를 탐지했지만, 이처럼 잘 관측된 천체들에서 신호가 나온다는 사실에 매우 놀랐다고 버거 교수는 말했다.

이번 놀라운 발견은 천문학자들이 외계행성에 자기장이 있다면 목성과 비슷할 것이고, 따라서 외계행성에서 방출되는 전파 주파수가 그와 그의 동료들이 발견한 것보다 낮을 것이라고 가정해 왔다는 사실에서 비롯된다. 그는 신호 탐지는 ‘해당 분야의 통념에 반하는 접근“의 결과라고 말했다.

하지만 연구진은 해당 보고서가 아직 동료 심사를 거치지 않았다고 지적했다. 동료 심사란 독립적인 전문가들이 과학 저널에 논문을 게재하기 전에 연구 내용을 평가하는 과정이다. 현재 심사가 진행 중이며 향후 몇 달 안에 완료될 예정이라고 한다.

버거는 탐지 정확도에 대해 확신한다고 말했다. 연구팀은 전파 방출의 근원을 베타 피크토리스 b로 특정했으며, 처음에는 이 별에서 나오는 것일 수도 있다는 의심을 배제했다. 그는 ”여러 주파수에서 여러 번 기록했는데, 매번 정확하게 관측됐다.“고 말했다.

* 무선 신호 탐지에 대한 신중한 열정

이번 연구에 참여하지 않은 과학자들은 연구 결과를 해석할 때 신중을 기해야 한다고 촉구했다.

영국 레스터 대학교의 행성 오로라 전문가인 조너선 니콜스(Jonathan Nichols) 교수에 따르면, 이번 발견이 동료 평가를 통과한다면 태양계 너머의 세계를 이해하는 데 있어 매우 흥미롭고 중요한 진전이 될 것이라고 한다. 그는 이메일을 통해 ”오로라 전파 방출(Auroral radio emissions)은 천체가 주변 우주 환경과 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 데 중요한 역할을 한다.“고 밝혔다.

니콜스는 오로라를 언급하며 ”오로라는 우리가 다른 방법으로는 측정할 수 없는 행성의 특성을 추론할 수 있게 해주고, 무엇보다 중요한 것은 우리 태양계를 위해 개발된 이론과 아이디어를 더욱 극한 조건에서 검증할 수 있게 해준다“고 설명했다.

만약 이 결과가 확인된다면, 외계행성이 예상보다 훨씬 강력한 자기장을 가질 수 있다는 것을 보여주는 것이며, 이는 매우 중요한 발견이 될 것이라고 암스테르담 대학의 캘링햄은 말했다.

연구진은 ’;베타 피크토리스 b‘를 더 자세히 연구하고, 행성의 자기장이 왜 그렇게 강한지 등 몇 가지 수수께끼를 풀기 위해 망원경 관측 시간을 더 요청했다. 버거는 ”그 질문은 앞으로도 한동안 연구자들의 관심을 끌게 될 것“이라고 말했다.