[뉴스스페이스=이종화 기자] 행성에 물이 있다는 것은 우주에서 생명체 존재 가능성을 판단하는 데 매우 중요한 의미를 갖는다.
지구 생명체가 물을 기반으로 이루어진 만큼, 천문학자들은 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 행성을 생명체 거주 가능성의 주요 기준으로 삼아왔다. 물은 생명체가 신진대사를 하고 세포를 유지하는 데 필수적인 용매 역할을 하며, 다양한 생화학 반응의 매개체가 된다. 따라서 외계 행성에서 액체 물의 존재는 그곳에 생명체가 있을 가능성을 크게 높이는 지표가 된다.
또한 행성에 물이 있다는 것은 그 행성이 적절한 온도와 환경을 갖추었음을 암시하며, 이는 지구와 비슷한 물리적 조건을 뜻한다. 이는 과학자들이 외계 생명체 탐색에서 좁은 ‘골디락스 존’(적당한 온도의 거주 가능 영역)을 중시하는 이유다. 액체 물이 존재할 수 있는 환경은 생명체가 탄생하고 진화할 수 있는 기본 토대를 제공하기 때문이다.
최근 과학자들이 먼 별을 공전하는 일부 외계 행성들이 내부에서 자체적으로 물을 생성할 수 있다는 획기적인 연구 결과를 발표했다. 전통적으로는 모항성에 매우 가까이 위치해 높은 온도와 압력 탓에 물이 존재하기 어려울 것으로 여겨졌으나, 최근 로렌스 리버모어 국립연구소와 애리조나 주립대 연구진이 수행한 실험실 실험들은 이 개념을 크게 뒤엎었다.
Nature, Science News, 로렌스 리버모어 국립연구소, 애리조나 주립대, Sciencedaily, Sciencenews.org에 따르면, 연구팀은 다이아몬드 앤빌 셀과 고출력 펄스 레이저를 활용해 서브-해왕성(Sub-Neptune) 크기의 외계 행성 내부의 극한 환경을 재현했다. 이 행성은 지구 지름의 2~4배 크기로 우리 은하에서 가장 흔히 발견되는 행성군이다. 실험 결과, 암석 속의 산소 원자가 고압·고온 상태에서 대기 중의 수소와 반응해 물이 다량 생성됐으며, 초기 실험체 질량의 약 18%가 물로 전환되는 것으로 나타났다. 이는 기존 예상치를 훨씬 뛰어넘는 수치다.
이 물 생성 메커니즘은 행성의 암석 핵과 두꺼운 수소 대기 사이 경계 부근에서 진행된다. 연구진에 따르면, 수소가 풍부한 대기는 행성 내부를 뜨겁게 유지해 암석이 부분적으로 녹은 마그마 상태를 유지시키며, 이때 미네랄에서 떼어진 산소가 수소와 결합하여 대량의 물을 만들 수 있다. 애리조나 주립대의 지구물리학자 Dan Shim은 이 과정이 지구 크기의 행성보다 수천 배나 많은 물을 생산할 수 있다고 평가했다.
NASA 케플러 임무에서 발견된 수많은 서브-해왕성 행성들은 그 위치 때문에 기존 이론상 물이 존재하기 어려운 조건임에도 불구하고 관측 결과 물이 존재하는 징후를 보여왔는데, 이번 연구가 그 미스터리를 해결하는 열쇠로 떠오르고 있다. 기존에는 이런 행성들이 얼음선 밖에서 형성되어 안쪽으로 이동했을 것으로 여겼지만, 연구 결과 이들은 자체적으로 물을 '만들어내는' 공장 역할을 할 수 있다는 것이다.
거주 가능성 측면에서, 이 물 생성 과정은 우주에서 물의 분포가 예상보다 훨씬 광범위하게 퍼져 있을 가능성을 시사한다. 비록 모항성에 가까워 표면 온도가 매우 높아 생명체 존재 가능성은 낮지만, 이 현상은 행성 진화 모델 재정립과 지구 초기 물 기원에 대한 새로운 시각 또한 제안한다.
과거 지구 내부에 두꺼운 수소 대기가 존재했고, 유사한 고압 환경에서 물이 생성됐을 수 있다는 점에서 지구의 초기 물 형성에도 연관이 있을 것이다. 워싱턴 대학교의 폴 번 교수는 "이 과정은 상당량의 물을 오래도록 만들어낼 수 있다"고 강조했다.
이번 실험은 행성의 내부 구성, 표면 환경, 그리고 대기 조성에 이르는 광범위한 영향을 예고한다. 연구진은 생성된 물이 행성 대기 내 수증기 형태로 방출되면서 대기 구성과 관측 신호에도 변화를 줄 수 있다고 분석하며, 이는 차세대 망원경과 우주 탐사에서 외계 행성 대기 및 내부 활동을 탐색하는 중요한 단서가 될 전망이다.
결국, 건조하고 수소가 풍부한 행성과 물로 덮인 행성은 별개의 유형이라기보다 동일한 진화 경로의 상이한 단계일 수 있음을 시사하며, 이 새로운 물 생성 메커니즘은 외계 행성 연구 및 우주 내 물과 생명 탐색에 근본적인 전환점을 마련했다.
