September 19,2019

이중성계 백색왜성 중력파 이용한 외계행성 탐색법 개발

전자기 방사 탐색법 한계 극복…먼 외부은하 행성도 찾을 수 있어

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중력파를 이용해 외계행성을 찾아낼 수 있는 새로운 관측법이 개발돼 외계행성 탐색에 새 장을 열 것으로 기대되고 있다.

지금까지는 전자기 방사로 외계행성을 찾아 많은 성과에도 한계가 있을 수밖에 없었지만 중력파를 이용하면 탐색 범위를 외부은하로까지 넓힐 수 있는 것으로 지적됐다.

‘알베르트 아인슈타인 연구소(AEI)’로도 알려져 있는 독일 막스 플랑크 중력 물리학연구소에 따르면 이 연구소의 니콜라 타마니니 박사가 이끄는 연구팀은 중력파를 이용해 이중성계의 백색왜성을 도는 외계행성을 찾을 수 있는 관측법을 개발해 과학저널 ‘네이처 천문학(Nature Astronomy)’ 최신호에 발표했다.

중력파는 움직이는 물체(질량)에 의한 시공간의 뒤틀림이 광속으로 전달되는 파동으로 이런 중력파를 방출하는 대표적인 예가 백색왜성 또는 중성자별, 블랙홀 등의 이중성계다.백색왜성은 태양과 비슷한 별이 진화 끝에 외부 대기는 우주공간으로 방출되고 핵만 남은 단계를 나타낸다.

중력파는 아직 관측된 사례가 10여건에 불과하지만 관측기술이 발전하면서 급속히 늘어날 것으로 기대되고 있다.

연구팀은 오는 2034년 발사될 유럽우주국(ESA)의 중력파 탐사선 ‘리사(LISA·레이저 우주 간섭계 안테나)’를 이용해 우리은하와 이웃한 마젤란은하에 있는 이중성계의 백색왜성을 도는 외계행성을 찾아낼 수 있는 방법을 제시했다.

연구팀은 “리사가 수천개의 이중성계 백색왜성의 중력파를 측정할 것”이라면서 “이중성계의 백색왜성을 도는 행성이 있으면 중력파 패턴이 행성이 없을 때와는 다를 것이며, 이를 통해 외계행성을 찾을 수 있을 것”이라고 했다

외계행성은 본격적인 탐색이 시작된 이후 지난 20년간 많은 성과를 거두며 약 4천개가 발견됐다. 그러나 감마선에서 무선파에 이르는 전자기 에너지가 방출하는 전자기 방사에 토대를 두고 있어 탐색할 수 있는 영역이 태양계 인근과 우리 은하 일부에 국한될 수밖에 없었다.

타마니니 박사는 프랑스 대체에너지 및 원자력위원회(CEA)의 카밀라 다니엘스키 박사와 함께 발표한 논문에서 이중성계의 백색왜성에 미치는 행성의 중력으로 야기된 중력파 신호의 도플러 편이를 측정해 외계행성의 존재 여부를 확인할 수 있다고 했다.

이 방법은 전자기 망원경으로 외계행성을 찾는 ‘시선속도’의 중력파 판으로, 중력파를 이용할 때는 전자기 방사 때와 달리 별의 영향을 받지 않고 관측할 수 있는 장점이 있다.

연구팀은 리사 탐사선이 이중성계의 백색왜성을 도는 목성급 외계행성을 우리은하 내에서는 어디서든 거리의 한계를 극복하고 찾아낼 수 있으며 태양계에서 멀리 떨어져 있는 외부은하의 행성도 찾아낼 수 있을 것으로 기대했다.

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