암석형 행성 최초! 생명체 거주 가능 구역 외계행성 LHS 1140b, 헬륨 대기 발견

천문학계에 신호탄이 울렸다. 사상 처음으로, 다른 항성의 생명체 거주 가능 구역(Habitable Zone)에 있는 암석형 행성이 대기를 가지고 있다는 사실이 확인됐다. 그 주인공은 외계행성 LHS 1140b(LHS 1140 b로도 표기)다. 이른바 '슈퍼지구(Super-Earth)'로 불리는 이 행성은 지구에서 불과 48광년 떨어진 고래자리(Cetus)에 위치하며, 새롭게 관측된 결과 이 행성은 헬륨이 풍부한 대기를 보유하고 있는 것으로 드러났다. 이는 인류의 태양계 밖 생명체 탐사 역사에 길이 남을 기념비적인 돌파구다 .

천문학자들은 무엇을 확인했나

하버드 대학교와 시카고 대학교 소속의 행성 과학자 콜린 체루빔(Collin Cherubim) 박사가 이끄는 연구팀은 칠레에 있는 마젤란 클레이 망원경(Magellan Clay telescope)을 이용해 LHS 1140b에서 헬륨이 빠져나가는 현상을 감지해 냈다 . 이 연구 결과는 권위 있는 학술지 《사이언스(Science)》에 발표되었다. 연구팀은 이 행성이 헬륨을 능동적으로 보충하고 있다는 사실을 확인했으며, 이는 LHS 1140b가 생명체가 살기 힘든 메마른 암석 덩어리가 아니라 안정적인 대기를 유지하고 있다는 강력한 증거다 .

체루빔 박사는 "이것은 실제로 관측을 통해 확인된, 태양계 밖 생명체 거주 가능 구역에 있는 암석형 행성의 첫 번째 대기"라고 그 의미를 설명했다 .

LHS 1140b의 주요 특징

• 유형: 슈퍼지구 (암석형, 지구형)
• 거리: 지구로부터 약 48광년
• 크기: 지름은 지구의 약 1.7배, 질량은 지구의 약 5.6배
• 모항성: 적색 왜성(LHS 1140)을 공전하며, 이 별의 나이는 약 50억 년, 질량은 태양의 15%에 불과
• 공전 주기: 약 24.7일마다 모항성 앞을 통과
• 위치: 생명체 거주 가능 구역 내에 위치. 이는 행성 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 적절한 온도가 유지되는 지역을 뜻함

이 발견이 획기적인 이유

최초의 사례: 지금까지 천문학자들은 거대 가스 행성이나 거주 가능 구역 밖에 있는 행성에서만 대기를 감지할 수 있었다. LHS 1140b는 생명체 거주 가능 구역 내에 위치하면서 대기의 존재가 확인된 최초의 암석형(지구형) 행성이라는 타이틀을 거머쥐었다 .

생명체의 세 가지 필수 요소: 우리가 알고 있는 생명체가 존재하려면 행성은 암석형이어야 하고, 액체 물이 존재할 수 있는 적절한 온도를 유지해야 하며, 대기를 가지고 있어야 한다. LHS 1140b는 현재까지 이 세 가지 조건을 모두 갖춘 것으로 확인된 유일한 외계행성이다 . 체루빔 박사는 "현재 단계에서 우리는 이 행성에 생명체가 존재한다는 증거는 없습니다. 하지만 생명체에 필요한 모든 중요하고 근본적인 구성 요소는 갖춰져 있다고 믿습니다"라고 말했다 .

생명체 탐사의 최우선 목표: 이러한 조건 덕분에 LHS 1140b는 미래 외계 생명체 탐사(astrobiology)에 있어 가장 중요한 연구 대상이 되었다. 특히 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 활용한 후속 관측을 통해 이 행성의 대기에서 산소, 메탄, 수증기와 같은 생체 신호(biosignature) 가스를 찾는 연구가 가능해졌다 .

다른 세계에 대한 시사점: 가까운 거리에 있는 거주 가능 구역의 암석 행성이 대기를 유지할 수 있다는 사실이 밝혀짐에 따라, "생명체 유지에 필요한 특성을 가진, 우리 지구와 비슷한 세계들이 상당수 존재할 것이라는 생각이 더욱 힘을 얻게 됐다"고 연구진은 설명한다 .

발견의 여정

LHS 1140b는 2017년, MEarth 프로젝트에 의해 **트랜싯법(Transit Method)**을 통해 처음 발견됐다. 이 방법은 항성 주변을 도는 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 주기적으로 어두워지는 현상을 관측하는 방식이다 . 초기 관측에서 이 행성이 대기를 유지하고 있을 가능성이 제기됐지만 , 2026년 헬륨 감지를 통해 최초로 직접적이고 관측에 기반한 확인이 이루어졌다 .

2024년에는 JWST를 이용한 선행 연구를 통해 LHS 1140b에 수소가 풍부한 대기는 없다는 사실이 밝혀졌으며, 대신 질소, 수증기, 이산화탄소로 구성된 더 밀도 높은 대기가 존재할 가능성이 제기됐다 . 이번 새로운 헬륨 감지는 대기의 존재를 확인시켜 주었을 뿐만 아니라, 이 대기가 시간이 지나도 안정적으로 유지되고 있음을 보여준다 .

앞으로의 과제

LHS 1140b의 대기 확인은 외계행성 과학의 새로운 장을 열었다. 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통해 천문학자들은 이제 이 행성 대기에 포함된 특정 가스들을 식별하기 위한 시도에 나설 수 있게 됐으며, 이 과정에서 생물학적 활동과 관련된 화학적 신호가 포착될 가능성도 있다 . 한편, 일부 과학자들은 LHS 1140b가 항상 한쪽 면은 영구적인 액체 바다로, 다른 쪽 면은 얼음으로 덮인 이른바 '눈알 행성(Eyeball Planet)' 일 수도 있다는 독특한 가설을 제기하기도 했다 .

LHS 1140b에 실제로 생명체가 존재하는지 여부와 관계없이, 이 행성의 대기 확인은 생명체 거주 가능 구역에 있는 암석형 행성들이 생명체 유지에 필요한 조건들을 지닐 수 있다는 사실을 증명했다. 이는 우리 은하에 지구와 같은 세계가 얼마나 흔할 수 있는지에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꾸는 발견이다.