포스테키안

2019 겨울호 / Hello Nobel

2020-01-28 120

Hello Nobel / 우주를 바라보는 관점을 완전히 바꾼 2명의 과학자

이번 2019년도 노벨 물리학상을 받은 3명의 과학자는 모두 우주의 비밀을 밝혀낸 공로를 인정받아 노벨상을 받게 되었습니다. 이 글에서는 그중에서도 헬베티우스를 공전하는 최초의 외계행성인 페가수스 51b를 발견한 미셸 마요르 Michel Mayor , 디디에 쿠엘로 Didier Queloz 에 대해 이야기해 보겠습니다!

이미지 출처 좌. (미셸 마요르) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Michel_Mayor,_2012_(cropped).jpg

                     우. (디디에 쿠엘로) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Michel_Mayor,_2012_(cropped).jpg



[그림1] 페가수스 51b의 예상도 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39719418 By ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org) – ESO website

1980년대의 과학계에서는 외계행성에 대한 이야기가 거의 공상과학처럼 취급받았습니다. 그 이유는 당시 다른 별에 존재하는 외계행성을 관측할 방법이 없었기 때문이었는데요. 외계행성을 관측할 수 있는 이론적 배경은 있었지만, 기술의 한계 때문에 모두 실패했다고 합니다. 그럼 그 당시 외계행성을 발견할 방법으로 제시되었던 이론을 알아볼까요? 모든 천체는 질량을 가지고 있고, 그 질량으로 상호작용을 하고 있습니다. 태양은 정말 정지해 있을까요? 물론 태양계 질량의 거의 99%를 태양이 가지고 있어서 행성들의 질량은 태양에게 거의 영향을 주지 않는 것처럼 보입니다. 하지만 실제로 태양은 행성들의 영향을 받아 약 12년을 주기로 움직이고 있습니다. 이처럼 다른 별 또한 외계행성을 가지고 있다면 질량에 의한 움직임이 존재할 것이고, 그것을 측정한다면 외계행성을 존재를 발견할 수 있으리라 생각했습니다. 하지만 이렇게 정밀한 측정은 그 당시 과학기술로는 불가능했고 외계행성을 발견할 수 없었습니다. 이때 2명의 박사는 1995년, 별의 움직임으로 인해 변하는 다른 현상을 관측하게 되는데요, 그것이 바로 별의 스펙트럼이었습니다.


[그림2] Radial Velocity Method https://phys.org/news/2018-11-power-exoplanets-shifting-starlight.html Diagram detailing the Radial Velocity (aka. Doppler Shift) method. Credit: Las Cumbres Observatory

별이 움직이면 지구와 멀어지거나 가까워질 것이고 이는 곧 도플러 효과로 인한 스펙트럼의 변화를 가져오게 됩니다. 헬베티우스의 스펙트럼이 4일을 주기로 변하는 것을 관측한 2명의 박사는 이를 3년간 꾸준히 측정하였고 실제로 스펙트럼이 아주 미미하지만 지속적으로 바뀐다는 것을 발견했습니다. 자신들이 측정한 데이터를 근거로 외계행성이 존재한다고 주장한 두 박사는 결국 최초의 외계행성을 발견한 과학자로 인정되었다고 합니다! 이 발견으로 과학계에서 우주를 바라보는 관점이 아주 크게 바뀌게 되었는데요, 특히 태양계의 행성만 가지고 우주를 바라보는 편협한 시각을 버릴 수 있게 되었습니다. 그 예로, 1990년대 전까지는 목성과 같은 가스 행성은 태양계와 같이 물이 어는 온도 밖의 궤도에만 존재한다고 생각했지만, 페가수스 51b는 태양과 수성보다 더 가까운 거리에서 공전하고 있었습니다. 이는 행성의 생성원리를 새롭게 이해하는 데 도움을 주었습니다. 이후 5천 개가 넘는 개수의 외계행성들이 더 발견되었고 그중에서는 지구와 유사한 환경을 가질 것으로 예상되는 행성 또한 포함되어 있습니다. 독자분들 중에서는 “외계행성 하나의 발견으로 노벨물리학상을 받다니”라고 생각하시는 분이 분명 있을거에요. 하지만 이 외계행성 하나의 발견으로 수많은 외계행성의 발견과 우주의 탄생과 진화에 대한 우리의 관점을 완전히 바꾸어 주었으니 노벨물리학상을 받을 만하지 않을까요?


참고 자료 https://scitechdaily.com/51-pegasi-b-the-first-exoplanet-directly-detected-spectroscopically-in-visible-light/

알리미 25기 무은재학부 19학번 김현우