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- 불과 124광년 떨어진 물의 세계 K2-18b의 가스 덮개에서 생물학적 특징 포착
- K2-18b는 생명체가 살기에 적합한 하이케아 수계 행성 중 하나. 지구의 2.5배 크기
- DMS/DMDS의 스펙트럼 특징 강도, 잠재적으로 생물학적 분자의 농도가 비교적 높다는 증거
- “신호가 강하고 명확했다”

외계 행성 K2-18b에 생명체가 있을까?
천문학자들, 거주 가능한 외계 행성 K2-18b에서 잠재적인 생물학적 특징 확인

생물학적 특징 발견:
천문학자들은 근처 외계 행성에서 지금까지 가장 강력한 외계 생명체 증거를 발견했다. 이에 따르면, 불과 124광년 떨어진 물의 세계 K2-18b의 가스 덮개에는 디메틸설파이드(DMS;Dimethyl sulfide) 및/또는 디메틸 디설파이드(DMDS) 분자가 포함되어 있으며, 이는 제임스웹 망원경의 측정 데이터를 통해 확인되었다. 두 분자는 모두 지구상의 생물체에 의해서만 생성되기 때문에 생물학적 특징으로 간주된다. 비생물학적 합성 경로는 알려져 있지 않았다. K2-18b의 바다에 생명체가 있을 수 있을까?
*Dimethyl sulfide: 주로 자연적 발생원으로 배출되며, 황을 포함한 유기 화합물로 상온에서 액체 상태 물질로 냄새가 강한 특징이 있다.
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▲ 근처의 외계행성 K2-18b는 거주가 가능하며 전 세계적으로 바다로 덮여 있다. 천문학자들은 이곳에 외계 생명체가 존재할 가능성이 있다고 보고했다. © A. Smith, N. Madhusudhan/University of Cambridge

약 124광년 떨어진 외계행성 K2-18b는 한동안 천문학의 관심 대상이었다. 이곳은 생명체가 살기에 적합한 하이케아 수계 행성 중 하나이기 때문이다. 하이케아(Hycean) 수계(水界) 행성은 전 세계적으로 바다와 수소가 풍부한 고밀도 대기를 가지고 있다. K2-18b는 항성의 거주 가능 영역을 공전하고 있으며, 지구의 약 2.5배 크기다. 제임스웹 망원경의 근적외선 스펙트럼은 이미 이 물 세계의 가스 덮개에서 메탄(CH4)과 CO2를 감지했다.
*Hycean Planet: 수소 행성은 수소 대기 아래에 액체 상태의 물과 바다를 가진 가상의 행성이다.

생명의 신호로서의 디메틸 설파이드(DMS)

더욱 흥미로운 것은 2023년 제임스웹 망원경이 K2-18b 행성에서 디메틸 설파이드(DMS)의 분광적 특징을 감지했다는 것이다. 유황을 함유한 이 분자는 외계 행성 생명체의 잠재적 생체 특성으로 여겨진다. 지구상에는 이에 대한 비생물적 경로가 알려져 있지 않다. 그 대신, 디메틸 설파이드와 관련 분자인 디메틸 디설파이드(DMDS)는 주로 전 세계 바다의 플랑크톤을 포함한 살아있는 유기체에서만 생성된다.

그러나 K2-18b의 디메틸 설파이드의 근적외선 스펙트럼 특징은 통계적으로 의미를 갖기에는 너무 약했다. 따라서 이 분자가 실제로 수생 세계에 존재하는지는 불확실했다. "하지만 이 첫 번째 힌트만으로도 제임스웹 망원경으로 다시 한번 외계 행성을 조사할 만큼 흥미로웠다. 이번에는 다른 장비를 사용했다”고 케임브리지 대학교의 수석 저자인 니쿠 마두수단(Nikku Madhusudhan)이 말했다.

▲ 근처의 슈퍼지구 K2-18b는 생명체가 살기에 적합한 수중 세계일 수 있다. © University of Cambridge

천문학자들은 새로운 생체지문을 찾기 위해 웹 망원경의 MIRI 분광기를 사용했는데, 이 분광기는 6~12㎛(마이크로미터) 사이의 중적외선 파장에서 작동한다. 디메틸설파이드와 기타 잠재적인 생체 신호 가스는 근적외선보다 이 파장 범위에서 더욱 뚜렷한 신호를 생성한다.

“신호가 강하고 명확했다”

천문학자들의 보고에 따르면, 새로운 스펙트럼 데이터는 6.8~8㎛와 9~11㎛ 범위에서 뚜렷한 피크를 보여준다. 20가지 다른 분자에 대한 예상 스펙트럼 특징과 비교한 결과, 이러한 특징은 디메틸 설파이드 및/또는 디메틸 디설파이드에서 유래한 것으로 밝혀졌다. 마두수단과 그의 팀은 "저희의 데이터는 DMS와 DMDS라는 두 분자만이 확실히 존재한다는 것을 보여준다"고 기술했다.

더욱 중요한 것은 이 탐지의 높은 중요성이다. 천문학자들이 밝혀낸 바에 따르면, 이 스펙트럼 특징이 실제로 디메틸설파이드 및/또는 디메틸디설파이드에서 나온 확률은 3.2표준편차다. DMA 또는 DMDS가 존재하는 경우에도 시그마는 약 3이다. 즉, 이러한 스펙트럼 피크가 단순한 우연이나 측정 오류일 확률은 0.3%이다.

마두수단은 "신호가 강하고 명확했다"고 말했다. "그래서 우리는 이전과는 다른 측정 기구를 사용하고 다른 파장 범위의 빛을 사용하여 독립적인 증거를 얻었다.“

K2-18b의 바다는 생명체로 가득할 수 있다

천문학자들에 따르면, 이는 인근 수중 세계 K2-18b에 외계 생명체가 존재할 수 있다는 강력한 증거다. 연구팀은 "이번 연구 결과는 K2-18b에 생물권이 존재할 가능성에 대한 새로운 독립적인 증거를 제공한다"고 밝혔다. DMS/DMDS의 스펙트럼 특징의 강도는 행성의 가스 덮개에 이러한 잠재적으로 생물학적 분자의 농도가 비교적 높다는 것을 나타낸다. 백만분의 10이 넘는데, 이는 지구 대기보다 약 천 배 더 높다.

마두수단은 "이러한 양은 지구상에서 매우 강력한 생물학적 활동이 있음을 나타낸다"고 설명했다. "이것은 그러한 하이케아 행성에 대해 예측되었던 것과 일치하며, 우리가 지금 관찰한 바로 그것이다. 지금까지 이 행성에 대해 알고 있는 바를 고려할 때, 이 물로 가득 찬 행성의 바다는 생명체로 가득할 수 있다.”

▲ 중적외선 투과 스펙트럼은 생물학적 특징으로 여겨지는 가스인 디메틸 설파이드의 특징을 보여다. © A. Smith, N. Madhusudhan/ University of Cambridge

아직 의미는 충분하지 않다

천문학자들은 외계 생명체의 증거를 확인하기 위해서는 추가적인 단계가 필요하다고 강조한다. 마두수단은 "우리가 우리 자신의 결과에 대해 깊이 회의적인 태도를 갖는 것이 중요하다"며 "반복적인 실험을 통해서만 우리는 확신에 도달할 수 있다. 과학은 그렇게 작동한다”고 말했다.

또한 관찰 결과는 5시그마의 유의도에 도달하거나 이를 초과하는 경우에만 공식적으로 발견으로 간주된다. 이는 순전히 우연일 확률은 0.00006%에 불과하다. 그러나 천문학자들의 설명에 따르면, 별 앞의 물세계 K2-18b가 몇 번 더 통과하는 모습을 관찰하면 이 한계점에 도달할 수 있다. 이는 제임스웹 망원경으로 약 8~24시간 정도 더 관찰하면 된다.

또한, DMS와 DDMS 형성에 대한 가능한 비생물학적 경로를 찾기 위해 이론적, 실험적 분석이 필요하다. 천문학자들은 이에 대한 초기 조사를 이미 실시했지만 성과는 없었다. 지금까지 그들은 생명체의 개입 없이 외계 행성 K2-18b에서 이러한 분자가 형성되는 화학 반응을 발견하지 못했다. 하지만 연구진은 그런 반응이 여전히 발견될 가능성을 배제할 수 없다고 말한다.

생명 탐색의 전환점 가능성

하지만 생체 특징이 확인된다면, 그것은 정말 획기적인 일이 될 것이고 천문학에 있어서도 이정표가 될 것이다. 마두수단은 "수십 년 후, 우리는 이 시점을 돌아보며 이 순간이 매우 중요했음을 깨닫게 될지도 모른다"며 "이것은 우주에서 우리가 홀로 존재하는지에 대한 근본적인 질문에 갑자기 답이 나올 수 있는 전환점이 될 수 있다"고 말했다.

참고: The Astrophysical Journal Letters, 2025; doi: 10.3847/2041-8213/adc1c8
출처: University of Cambridge

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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