지구에서 약 90광년 떨어진 컵자리에서 목성의 위성(달) '이오'처럼 표면에서 화산 폭발이 활발히 일어나는 것으로 추정되는 지구와 비슷한 크기의 외계행성이 발견돼 학계에 보고됐다.

이 행성은 화산 활동으로 대기를 가져 기온이 낮은 지역에는 생명체 출현과 유지에 필수적인 요소로 꼽히는 물이 존재할 것으로 제시됐다.

미국 항공우주국(NASA)에 따르면 몬트리올대학 트로티에 외계행성연구소(iREx) 연구진은 적색왜성 LP 791-18 행성계에서 d 행성을 관측한 결과를 18일 과학 저널 '네이처'(Nature)에 발표했다.

이 행성계에서는 앞서 지구보다 약 20% 큰 b 행성과 지구의 2.5배 크기에 질량은 7배에 달하는 c 행성이 이미 발견된 바 있다.

d 행성은 크기와 질량이 지구보다 약간 큰 정도로 파악됐다.

이 행성은 공전할 때 c 행성에 근접해 지나는데 이때 거대한 중력의 영향을 받아 타원 궤도를 갖게됐으며, 별에 가까이 갈 때마다 행성 안에서 변형이 이뤄지며 마찰을 만들어 열이 쌓이고 표면의 화산 활동을 유발하는 것으로 분석됐다.

목성에 가장 가까이 붙어있는 이오에서도 목성과 다른 위성의 중력이 비슷하게 작용해 표면에서 화산 활동이 활발히 일어나고 있다.

LP 791-18 d는 표면에 물이 증발하지 않고 액체 상태로 존재할 수 있는 생명체 서식 가능 영역 시작점에 자리 잡고 있는데, 연구팀이 제시한 대로 지질학적으로 활발한 상태라면 대기를 유지해 기온이 낮은 밤면에서는 표면에 물이 응축될 수 있을 것으로 제시됐다.

논문 공동 저자인 iREx 천문학 교수 비에른 베네케 박사는 "LP 791-18 d는 '동주기자전' 행성으로 한쪽 면만 항성을 마주한다"면서 "낮면은 표면에 물이 존재하기에는 너무 뜨거울 수 있지만 행성 곳곳에서 일어나는 것으로 추정하는 화산 활동이 대기를 유지해 밤면에서 물이 응축될 수 있게 해줄 것"이라고 설명했다.

LP 791-18 행성계의 c 행성은 차세대 망원경으로 성능을 인정받고 있는 제임스 웹 우주망원경(JWST) 관측이 이미 승인된 상태인데, d 행성도 웹 망원경으로 대기 연구를 진행할 수 있는 비상한 후보가 될 것으로 기대되고 있다.

NASA 외계행성과학연구소의 제시 크리스티안센 박사는 "우주생물학의 가장 큰 질문은 지질 구조나 화산 활동이 생명체 출현에 필수적인가라는 점"이라면서 "이는 대기를 제공할 수 있는 것에 더해 탄소와 같은 생명체의 중요한 성분으로 여겨지는 물질들이 가라앉아 지각에 갇히지 않게 휘젓는 역할을 할 수 있다"고 했다.

연구팀은 행성이 항성 앞을 통과하는 '천체면 통과'(transit) 때 별빛이 줄어드는 것을 포착하는 방식으로 외계행성을 찾아온 NASA 위성인 '테스'(TESS) 관측 자료와 함께 '스피처 우주망원경'과 지상망원경 자료도 활용했다.

적외선 관측을 해온 스피처는 지난 2020년 1월 퇴역을 앞두고 진행한 마지막 관측에서 LP 791-18 행성계를 관측했다고 한다.