지구에서 약 64광년 떨어진 외계행성 Beta Pictoris b의 대기에서 사상 최초로 직접적인 전파 신호가 검출됐다. 이번 신호 탐지는 태양계 외부 행성에서 일어나는 오로라 현상을 명확하게 입증했을 뿐만 아니라, 외계행성의 자기장 세기를 처음으로 직접 측정하는 계기를 마련했다.
이번 연구 논문은 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터 소속 케빈 N. 오르티스 세바요스(Kevin N. Ortiz Ceballos) 연구원의 주도로 2026년 9월 15일 공개 학술 데이터베이스 아카이브(arXiv)에 제출됐다. 연구진은 수신된 전파가 외계 문명이 인위적으로 만들어낸 기술 신호가 아니며, 행성 대기에서 발생하는 순수한 자연 물리 반응이라는 점을 명확히 규명했다.
남아공 카나본 MeerKAT 관측망을 활용한 4단계 전파 신호 수집
관측 작업은 남아프리카공화국 노던케이프주 카나본(Carnarvon) 지역에 구축된 MeerKAT 전파망원경 배열을 통해 수행됐다. 연구진은 2025년부터 2026년 사이에 총 네 차례에 걸친 집중 관측 캠페인을 전개하여 지속적인 기저 전파 방출과 함께 급격히 요동치는 전파 폭발을 동시에 기록했다.
관측 장비에 수신된 전파는 0.85GHz에서 3.5GHz 주파수 대역에 걸쳐 있었으며 뚜렷한 원형 편광 특성을 나타냈다. 이러한 전파 특성은 지구와 목성의 자기권 오로라에서도 나타나는 전자 사이클로트론 메이저 불안정성(ECMI) 물리 메커니즘의 전형적인 증거로 분석된다.
수집된 신호가 중심 항성이나 인접한 다른 행성 Beta Pictoris c에서 발생했을 가능성을 차단하기 위해, 연구진은 가이아(Gaia) 우주망원경이 목록화한 9개의 먼 퀘이사들을 천구의 기준 좌표로 활용했다. 정밀 보정 과정을 거친 결과 4.4시그마(sigma) 수준의 통계적 유의성을 확보했으며, 이를 통해 전파의 발원지가 가스 거대행성 Beta Pictoris b 본체임을 확실하게 입증했다.
옥스퍼드 대학교의 수잔 에그레인(Suzanne Aigrain) 천체물리학자는 이번 발견에 대해 공상과학적 상상을 경계해야 한다고 언급했다. 그녀는 연구 결과를 평가하며 수신된 신호가 외계인의 통신이 아니라는 점을 분명히 확인했다.
지구와 목성을 크게 압도하는 1250가우스 이상의 강력한 자기장
관측된 주파수 범위를 바탕으로 연구진이 산출한 결과, Beta Pictoris b에서 전파가 방출되는 영역의 최소 자기장 세기는 1250가우스에 도달하는 것으로 계산됐다. 이러한 직접적인 수치 산출은 태양계 외부의 천체 물리 환경을 규명하는 연구에 새로운 이정표를 세웠다.
연구 공동 저자인 오리건 대학교의 이베트 센데스(Yvette Cendes) 천문학자는 천체의 위치를 독립적으로 분리해 낸 데이터의 정확성을 강조했다. 그녀는 신호가 중심 별이 아닌 해당 외계행성에서 직접 발생한다는 점을 배제 기법을 통해 확인했다고 설명했다. 아울러 일반 대중이 외계행성 전파 검출 소식을 접할 때 외계 생명체를 떠올리기 쉽지만, 이번 신호는 결코 외계인의 신호가 아니라고 덧붙였다.
측정된 자기장 수치는 태양계 내 주요 행성들과 비교했을 때 압도적인 강도를 드러낸다. 관측된 물리적 파라미터와 비교 수치는 다음과 같은 구체적 지표로 정리된다.
- 1250가우스: Beta Pictoris b의 전파 방출 지역에서 계산된 최소 자기장 강도
- 4.3가우스: 목성에서 측정된 평균 자기장 강도
- 0.5가우스: 지구 표면에서 관측되는 대략적인 평균 자기장 강도
- 0.85~3.5GHz: MeerKAT 전파망원경이 기록한 신호의 주파수 관측 대역
- 4.4시그마: 전파의 발원지가 행성 궤도 위치와 일치함을 검증한 통계적 유의 수준
- 8~9시간: 외계행성 Beta Pictoris b가 자전축을 중심으로 한 바퀴 회전하는 데 걸리는 추정 주기
Beta Pictoris b는 8시간에서 9시간 안팎의 매우 빠른 자전 주기를 가지며 내부에서 격렬한 다이내모 현상을 일으킨다. 과학자들은 이러한 급격한 회전력이 행성 내부에 강력한 자기 유도 작용을 촉발해 막강한 자기 보호막을 형성한 핵심 요인이라고 분석했다.
관련 소식: Elias 2-24 b 외계행성은 100만 년 미만 나이와 목성급 질량으로 역대 최연소 기록을 새로 쓴다
외계행성 전파 탐색의 실패 역사와 목성형 오로라 비교 분석
이번 전파 검출 성과는 국제 천문학계가 수년간 겪어온 연이은 탐색 실패 끝에 얻어낸 값진 결실이다. 지난 2022년 천문학자들은 초거대 전파망원경 배열(VLA)을 가동해 직접 촬영된 8개의 외계행성을 집중 탐색했으나 아무런 신호도 포착하지 못했다.
2008년 1월 1일 직접 촬영 방식을 통해 발견된 Beta Pictoris b 역시 2024년에 전파 탐색 대상이 된 바 있다. 당시 관측은 250MHz에서 500MHz 사이의 낮은 주파수 대역을 목표로 삼았으나 지상 관측기의 유효 감도로 신호를 검출하는 데 실패했다.
태양계 내부에서는 지구와 토성, 목성의 극지방 오로라에서 전자 사이클로트론 메이저 방출이 지속적으로 관측되어 왔으며, 목성은 태양계에서 가장 강력한 자연 전파원으로 꼽힌다. 목성 질량의 10배에서 12배에 달하는 Beta Pictoris b의 경우 오로라 반응 규모가 목성보다 수천 배 이상 강력하게 증폭되는 양상을 보인다.
하버드 대학교 천문학과 에도 버거(Edo Berger) 교수는 남아프리카공화국 관측 자료의 정밀 분석을 주도한 공동 저자로 참여했다. 그는 수집된 신호의 열적 복사와 비열적 복사 특성을 명확히 분리함으로써 거대 가스 행성의 복사 특성을 확립하는 데 기여했다.
동료 심사 절차와 향후 7개 외계행성 대상 확장 관측 계획
관측 세부 내용을 담은 연구 논문은 현재 아카이브(arXiv)에 사전 공개된 상태이며 학술지 정식 게재를 앞두고 동료 심사(Peer Review) 과정을 거칠 예정이다. 해당 절차를 통해 데이터 검증과 모델 해석에 관한 학계의 엄격한 상호 검토가 이루어지게 된다.
연구에 직접 참여하지 않은 암스테르담 대학교의 조 칼링엄(Joe Callingham) 천문학자는 이번 성과를 독립적인 시각에서 긍정적으로 평가했다. 그는 동료 심사에서 이번 측정 결과가 확정된다면 행성 천문학 분야에서 대단히 흥미롭고 놀라운 돌파구가 될 것이라고 밝혔다.
연구진은 현재 확인된 1250가우스가 측정 장비의 대역 한계로 인한 최소 추정치에 불과하다는 점을 명시했다. Beta Pictoris b가 현재 관측 범위를 넘어서는 3.5GHz 이상의 초고주파 영역에서 더 강한 자기장을 형성하고 있는지는 아직 규명되지 않았다. 관측 팀은 향후 동일한 전파 관측 기법을 태양계 인근 5개 항성계에 위치한 7개의 거대 외계행성으로 확대 적용할 방침이다.