가릭 이스라엘리언: 별 안에는 대체 무엇이 있나요?

저는 꽤 어려운 일을 합니다. 저는 분광학자(spectroscopist)입니다. 제가 천문학에 관한 이야기를 할 때는 성운이나 은하나 기타 다른 것들의 사진을 사용하지 않고 이야기 해야 합니다. 왜냐하면 저는 분광학자이기 때문이죠. 저는 사진은 다루지 않습니다. 그러나 저는 분광학이 세상을 바꿀 수 있는 것이라는걸 여러분에게 납득시키고자 합니다. 아마도 분광학은 다음 질문에 대답할 수 있을 겁니다. "저 너머에 누가 있는가?" "우리는 과연 혼자인가?", 이른바 SETI 라는 거죠. 분광학이란건 별로 재미있는일은 아닙니다.

불가리아에 있는 제 동료중 하나인 네비아나 마르코바는 대략 20여 년을 이러한 프로파일을 연구하는데 소비했습니다. 그리고 그녀는 오로지 그 주제에 대한 논문만 42개나 발표하였죠. 상상하실 수 있으십니까? 20년 동안이나 같은 별 하나를 밤낮없이 생각하고 관찰하는건 대단한 일입니다. 완전히 미친거죠. 우리는 이런 일을 합니다. (웃음)

저는 그정도까진 아닙니다만 이런 프로파일에 8개월을 소비했습니다. 왜냐하면 이게 행성을 거느린 항성의 프로파일 중 하나와 조금이나마 대칭적이란걸 알아냈기 때문이죠. 저는 만약 이 별에 리튬-6이 있다면, 그건 이 별이 행성을 삼켰다는걸 나타내는 증거라고 생각했죠. 왜냐하면 리튬6 과 같은 깨지기 쉬운 동위원소는 태양과 같은 항성의 대기에서는 절대로 발견할 수 없습니다. 하지만 행성과 소행성에는 존재하죠. 그러므로 만약 그 항성이 행성이나 대량의 소행성을 집어삼켰다면 대기에서 리튬-6 동위원소가 발견될지도 모릅니다. 그래서 저는 8개월 이상 이 항성의 리튬 선에 대한 프로파일만을 연구해 왔습니다.

사실 놀랐습니다. 많은 기자들이 전화로 이렇게 묻더군요. "항성이 행성을 집어삼키는 장면을 실제로 보셨나요?" 왜나하면 그들이 생각하기를, 제가 망원경을 가지고 있으니 제가 천문학자일테고, 망원경을 통해 실제로 그것을 봤을것이다 라고 생각한다는거죠. 그러니 항성이 행성을 집어삼키는 장면을 봤을거라고요. 저는 이렇게 대답했습니다. "아뇨. 실례지만 제가 본건 이것 뿐인데요." (웃음) 믿을 수 없었습니다. 아무도 이해하지 못하더군요. 필시 제가 뭔 소릴 하는지 이해한 사람은 극소수에 불과할 겁니다. 왜나하면 이것은 항성이 행성을 집어삼켰다는 증거일 뿐입니다. 놀라운 일이죠.

사실 분광학의 힘은 1973년에 핑크 플로이드가 알아냈었지만요. (웃음) 왜나하면 그들은 스펙트럼에서 여러분이 원하는 어떤 색이든지 찾아낼 수 있다고 말했거든요. 필요한 건 자신의 분광기를 만들 돈과 시간 뿐이다 라고요. 이것은 지구상에서 최고의 고해상도를 자랑하며 가장 정확한 HARPS라는 분광기입니다. 실제로 외행성계의 행성과 항성이 가진 대기의 음파를 검출하는데 사용합니다.

스펙트럼을 어떻게 얻을 수 있죠? 여러분은 대부분 학교에서 물리 수업을 통해 백열광을 프리즘에 통과시키면 무지개빛깔로 쪼개진다고 배우셨을 겁니다. 바로 그게 스펙트럼이죠. 가열된 액상물질이 방출하는 빛은 우리가 소위 연속 스펙트럼이라고 부르는 것을 형성합니다. 반면 가열된 기체는 방출선(emission lines) 만을 만듭니다. 연속된 스펙트럼이 아니죠. 또한 가열된 물체 앞에 차가운 기체를 놓고 물체가 방출하는 스펙트럼을 관찰해보면 흡수선 (absorption lines) 이라 불리는 패턴을 볼 수 있습니다. 이는 차가운 기체 내의 화학 원소가 선이 나타난 주파수 대의 빛에너지를 흡수한 결과 형성된 것으로, 원소마다 제각기 다른 흡수 패턴을 갖기 때문에 차가운 기체 안에 어떤 원소가 존재하는 지 확인하는 데 사용됩니다.

이제 우리는 스펙트럼을 가지고 우주 물체의 시선속도를 ( 천체가 시선방향으로 가까워지거나 멀어지는 속도) 연구할 수 있습니다. 또한 항성과 은하와 성운의 화학구성과 물리적 특성도 연구 할 수 있습니다. 항성은 가장 단순한 물체입니다. 중심핵에서는 열핵융합 반응이 일어나고 있는데, 이 반응에 의해 여러 화학 원소들이 만들어집니다. 또한 항성은 차가운 대기를 가지고 있습니다. 제게 있어서는 차가운 온도 입니다. 제게 3천, 4천, 5천도는 차가운 온도입니다. 적외선 천문학을 하는 제 동료는 절대온도 마이너스 200 도 정도 되어야 '차갑구나' 라고 합니다. 잘 아시다시피 모든것은 상대적입니다. 그래서 제게 5000도는 제법 차가운 것이죠. (웃음)

이것은 태양의 스펙트럼입니다. 2만 4천개의 스펙트럼 라인이 있으며 15퍼센트 정도는 아직 밝혀지지 않았습니다. 놀라운 일입니다. 21세기에 살고 있는 주제에 아직도 태양의 스렉트럼조차 잘 알지 못하고 있다는 겁니다. 때로는 아주 작고 약한 스펙트럼 라인을 이용하여 대기의 화학원소를 측정할 때도 있습니다. 예를 들어 여러분이 보고 계신 금의 흡수선은 태양의 흡수선 중 유일한 흡수선입니다. 이러한 약한 신호를 이용하여 태양의 대기중에서 금이 생성되고 있다는것을 측정합니다.

이것은 지금 진행중인 일입니다. 우리는 또한 오스뮴에 해당하는 매우 약한 신호를 조사하고 있습니다. 오스뮴은 초신성의 핵융합 폭발로 인해 만들어지는 무거운 원소입니다. 사실상 그게 오스뮴이 만들어지는 유일한 방법이죠. 행성을 거느린 항성의 오스뮴 구성을 비교해보면서 어째서 이 원소가 이다지도 많은지 알고 싶었습니다. 아마도 초신성 폭발로 인해 항성과 행성이 형성되었을지도 모릅니다. 이것도 하나의 증거가 될 수 있죠.

어느날 버클리대학의 제 동료인 기버 바스리가 꽤 재미있는 스펙트럼을 메일로 보내면서 이렇게 물었습니다. "이거 한번 봐 줄 수 있겠어?" 그로부터 2주간 저는 잠들지 못했습니다. 그 항성의 스펙트럼에서 막대한 양의 산소와 그밖의 물질들을 볼 수 있었거든요. 은하계 안에서 이런건 한번도 본 적이 없었습니다. 믿을수가 없었죠. 그로부터 얻어낸 한가지 결론은 이건 그 항성계에서 그 별의 대기를 오염시킨 초신성 폭발이 있었다 라는 명백한 증거라는 것이었습니다. 폭발이 있은 후에 그 연성계 안에 태양 질량의 다섯배 정도 되는 블랙홀이 자리잡게 되었습니다. 이것은 블랙홀이 초신성 폭발로 인해 생겨난다는 최초의 증거로 여겨졌습니다.

제 동료들은 다른 수많은 은하에 위치한 항성들의 화학물질 구성을 비교해본 결과 우리은하에서 외부로부터 온 항성을 발견하였습니다. 항성의 화학물질 구성을 조사하는것만으로 이정도까지 알아낸다는건 대단한 일이지요. 여러분이 보시는 스펙트럼 안에 있는 별 하나가 외부은하로부터 왔다 라고 하는겁니다. 은하들 끼리는 상호작용을 합니다.우리도 잘 알고 있죠. 때로는 상대방의 별을 잡아채기도 합니다.

여러분도 태양 플레어 에 대하여 들어보셨을 겁니다. ( 태양 대기에서 발생하는 대폭발) 우리는 수퍼 플레어를 발견하고는 매우 놀랐습니다. 그것은 우리가 일반적으로 태양에서 보는 것에 비해 수백억배나 강력합니다. 우리는 FH Leo 라고 불리우는 우리 은하의 어느 연성계에서 수퍼 플레어를 발견하였습니다. 나중에 우리는 그 물체가 무엇이 다른지 스펙트럼 라인을 조사해 봤습니다. 그런데 모든게 정상이었죠. 태양과 같이 평범하고 나이라든가 그밖에 모든게 정상이었습니다. 미스테리이죠. 수퍼플레어는 우리가 풀지 못한 미스테리 중 하나입니다. 6, 7건 의 비슷한 케이스가 알려져 있습니다.

이제 이쪽 이야기를 합시다. 우리는 우주에서의 화학적 진화에 대하여 이해할 필요가 있습니다. 무척이나 복잡한 이야깁니다. 혹시라도 이해해보려고 하셨다간 골치가 좀 아프실테니, 그러지 않으시는 편이 좋겠습니다. (웃음) 이것은 화학원소를 만드는 방법에 대한 이야기 전체가 얼마나 복잡한건지 보여주는 그림입니다. 두가지 경로가 있습니다. 질량이 높은 항성과 낮은 항성으로, 우주의 물질과 화학원소를 만들고, 또 재활용하고 있습니다. 이 짓을 140억 년 동안 계속해 오면 결과적으로 이러한 그림과 같이 됩니다. 이것은 태양형 항성과 성간물질이 가진 화학 원소의 상대적 분포도를 나타내는 꽤나 중요한 그래프입니다.

결국 유황을 실리콘보다 10배 정도 많이 가진 행성, 또는 산소의 5배 정도 되는 칼슘을 갖는 천체를 발견하는 것은 거의 불가능한 입니다. 엄청나게 힘들죠. 그리고 만약 발견하게 된다면 그것이 SETI 와 관계가 있는 것이라 할 수 있습니다. 자연적으로 가능한 일이 아니기 때문입니다. 도플러 효과는 기초 물리학에서 매우 중요한 것입니다. 그것은 움직이는 물체의 주파수가 변화한다는 것이지요. 도플러 효과는 태양계 밖의 행성을 발견하는데 이용합니다.

태양형 항성의 주변에서 목성형 행성을 발견하기 위해서는 매초 28.4미터 정도의 정밀도가 필요합니다. 지구형 행성을 발견하려면 매초 9센티미터 정도가 필요하죠. 이것은 미래의 분광기에서나 가능한 일입니다. 저 자신 또한 42미터의 E-ELT(European Extremely Large Telescope)망원경에서 쓰기 위한, CODEX라고 하는 고해상도의 차세대 분광기 개발에 참여하고 있습니다. 그리고 그것은 태양형 항성의 주위를 도는 지구형 행성을 찾는 도구가 될 것입니다. 이것은 천문지진학 (Astroseismology) 이라는 놀라운 도구로 항성의 대기에서 발생하는 음파를 검출할 수 있습니다.

이것이 켄타우루스 알파별의 소리입니다. 태양형 항성의 대기에서 발생하는 소리를 잡아낼 수 있는 것입니다. 이 소리의 주파수는 초저주파 불가청음대에 속하는데, 다시 말해 인간이 들을 수 없는 영역의 소리란 뜻입니다. 가장 중요한 질문으로 돌아오겠습니다. "거기 누구 있습니까?" 그것은 행성의 지각변동과 화산활동의 정도와 관계가 있습니다. 생명은 행성이 가진 방사성 핵과 직접적인 관계가 있습니다. 지질학적이고 화산학적인 활동이 없어서는 생명은 있을수 없습니다. 지열의 에너지는 대부분이 우라늄, 토리늄, 칼륨등의 붕괴에 의한 것이라고 알려져 있습니다.

어떻게 측정할 수 있을까요? 만약 어느 행성에 이러한 원소들의 양이 적다면 그 행성은 지질학적으로 죽은 상태로서 그곳에는 생명이 없을겁니다. 반면에 우라늄, 칼륨, 토륨이 너무 많은 경우에도 생명이 존재할 수 없을겁니다. 모든것이 끓고 있는곳을 상상할 수 있으십니까? 그 행성에는 너무 많은 에너지가 넘칩니다. 우리들은 태양계 밖의 어느 행성을 가진 항성 에서 토륨의 양을 측정하였습니다. 방법은 같습니다. 매우 작은 특성을 가진

이런 프로파일을 측정하여 토륨을 검출해 내려고 합니다. 꽤나 어려운 일입니다. 힘들어요. 먼저 스스로를 납득시켜야 합니다. 그리고 동료들을 설득하고 그 후에 100파섹 떨어져 있는 ( 1파섹 = 3.26 광년) 행성계를 거느린 어느 항성의 대기중에서 이런 것을 발견 하였다고 전세계를 납득시키지 않으면 안 됩니다. 무진장 어려운 일이죠. 그러나 태양계밖의 행성에서의 생명에 대해 알고 싶다면 이 일을 해야만 합니다. 왜냐하면 그 행성계에 얼마나 많은 방사성물질이 있는가를 알아야 하거든요.

외계인을 찾는 방법 중 하나는 전파망원경을 켜고 신호에 귀기울이는 것입니다. 뭔가 재미있는 것을 발견 하게 된다면 그것이 SETI 가 현재 하고 있는 것이며 오랜 기간 해 왔던 것입니다. 가장 장래성 있어 보이는 일은 바이오마커를 찾는 일입니다. 이것은 지구의 스펙트럼입니다. 지구광의 스펙트럼은 매우 깨끗한 신호이지요. 이 기울어져 있는 부분을 '레드 엣지' 라고 부르는데, 초목지대를 나타내는 것입니다. 스펙트럼으로부터 초목지대를 찾아낸다는건 놀라운 일이지요. 이걸 다른 행성에 대하여 테스트해 본다고 상상해 보십시요.

아주 아주 최근 6, 7, 8개월 사이에 물과 메탄과 이산화탄소의 스펙트럼을 가진 행성이 태양계 밖에서 발견되었습니다. 놀라운 일이죠. 이것이 분광학의 힘입니다. 태양계로부터 아득히 멀리 떨어진 행성의 화학성분을 발견하고 연구하는것이 가능한 것입니다. 생명을 가질 수 있는 조건이 존재한다는걸 확실히 하기 위해서는 산소와 오존을 찾아내야 합니다.

우주의 기적은 SETI와 관계지을 수 있습니다. 어떤 놀라운 천체와 설명할 수 없는 현상이 있어서 '안되겠다. 포기하겠어. 물리학으로 설명이 안돼' 라고 하며 자리를 박차고 일어났다고 합시다. 결국 SETI를 언급하며 '어쨌거나 누군가는 필시 이걸 하고 있을거야' 라고 말하는것과 같은 것입니다.

기존 물리법칙을 사용해서 입니다. 프랭크 드레이크가 지적하였고 수년전에 슈크로프스키가 언급했던것과 같은 것입니다. 만약 행성을 거느린 항성의 스펙트럼에서 기묘한 화학원소를 발견한다면 그게 거기 있는 문명의 흔적일 수도 있고 그들 또한 신호를 보내고 싶어할지도 모릅니다. 그들은 실제로 이 항성의 스펙트럼안의 스펙트럼선을 통해 그들 자신의 존재를 알리고 싶어합니다.

다른 방법이 있을수 있습니다. 예를들어 테크네슘은 4천2백만년의 붕괴시간을 갖는 방사성 물질입니다. 만약 태양형 항성에서 갑자기 테크네슘을 발견했다면 필시 누군가가 그것을 일부러 그 별의 대기에다 뿌려 놨을것입니다. 왜냐하면 테크네슘이 자연적으론 거기 존재할 수가 없거든요. 우리들은 태양계 밖의 행성을 가진, 약 300개의 항성에 대한 스펙트럼을 검토 하고 있습니다. 2000년부터 해 온 프로젝트이고 꽤나 힘든 작업입니다. 아주 열심히 일했습니다. 그리고 아직 설명할 수 없는 몇가지 재미있는 케이스와 후보들을 확보했죠. 가까운 시일내에 그것들을 확인할 수 있기를 바랍니다.

원래 질문으로 돌아가보죠. '우리는 혼자인가요?' UFO는 답이 될 수 없을겁니다. 전파신호도 답이 될 수 없습니다. 저는 이러한 스펙트럼이 답이 될 수 있다고 봅니다. 이것이 지구형 행성의 스펙트럼으로 명확한 생명의 신호인 산화질소, 산소, 오존의 존재를 나타내고 있습니다. 아마도 언젠가, 제 생각으론 15년이나 20년 내에 이뤄질 일이라고 생각합니다만, 이러한 스펙트럼을 발견한다면 그 행성에는 생명이 존재한다고 확신할수 있을겁니다. 약 5년내에 우리는 태양형 항성으로부터 지구-태양간 거리와 비슷한 정도로 떨어진채 돌고 있는 지구와 유사한 행성을 발견하게 될 것입니다. 대략 5년 정도 걸릴 겁니다. 그 후에 10년에서 15년 정도에 더 걸쳐서 제가 보여드린것과 같은 지구형 행성의 스펙트럼을 얻기 위한 우주적 프로젝트가 필요할겁니다. 그리하여 만약 산화질소와 산소를 발견하게 된다면 우리는 완벽한 E.T를 만날 수 있게 될 겁니다. 감사합니다. (박수)