NASA는 계획된 '낸시 그레이스 로만' 우주 망원경이 기존 기준으로 약 10만개 이상의 외계 행성을 더 발견해 은하계 행성의 분포와 진화에 대한 인류의 이해를 다시 쓸 것으로 기대한다고 밝혔습니다. 현재 NASA와 기타 관측 프로젝트의 도움으로 인간은 6,300개에 가까운 외계 행성을 확인했으며, "로마" 망원경은 이전에는 거의 다루지 않았던 은하계 영역에서 대규모 하늘 조사를 수행하여 이 "성간 행성 목록"을 크게 확장할 것입니다.
과학 연구팀은 과거 외계 행성 발견의 대부분이 지구에서 수천 광년 이내의 은하수 '국부 근방' 별 근처에 집중돼 있었다고 지적했는데, '로마'는 더 먼 곳에서 우리 은하 중심의 밀집된 '핵 돌출부'를 관찰하는 데 초점을 맞춰 은하수 원반 반대편 바깥 가장자리까지 확장할 예정이다. 로마 미션의 외계행성 통과 관측 준비를 담당하고 있는 NASA 고다드 우주비행센터 연구원 엘리사 퀸타나는 “은하 내에는 다양한 환경이 있지만 우리의 작은 영역만이 체계적으로 탐사됐다”고 말했다. "로마"는 여러 "은하 틈새"에 걸쳐 있는 규모로 다양한 환경에서 행성의 형성과 분포를 체계적으로 비교하는 최초의 작품이 될 것입니다.
임무 계획에 따르면 '로맨'은 수백만 개의 별 밝기 변화를 지속적으로 모니터링해 행성에 대한 단서를 계속 찾아나갈 예정이다. 일부 관측은 "통과 방법"을 기반으로 합니다. 행성이 모항성 앞을 지나갈 때 별의 밝기가 매우 약하고 일시적으로 감소합니다. 또 다른 부분은 "중력 미세 렌즈 효과"에 의존합니다. 전경 별과 그 행성의 중력은 더 먼 배경 별의 빛을 일시적으로 증폭시켜 더 밝게 보이게 합니다. 두 가지 방법은 서로 다른 유형의 행성에 대해 서로 다른 민감도를 가지며 서로 보완됩니다. 통과 방법은 큰 크기, 높은 온도 및 짧은 주기로 가까운 궤도를 도는 행성을 발견하는 데 특히 유용하며, 마이크로렌즈 기술은 더 먼 궤도를 가진 표적과 태양계의 행성과 유사한 시스템에 더 가까운 구조를 찾는 데 더 적합하며 지구와 같은 행성만큼 작거나 더 작은 천체를 감지할 수 있습니다.
탐사팀은 '로마'가 통과 방법만으로도 약 10만 개의 행성을 발견할 것으로 예상하고 있다. 마이크로렌즈 관측을 통해 별의 거주 가능 구역이나 그 너머에 위치한 행성을 포함하여 천 개가 넘는 새로운 세계를 추가로 발견할 것으로 예상됩니다. 모항성으로부터 멀리 떨어진 온도가 낮은 이 세계는 다른 방법으로 탐지하기가 거의 어렵기 때문에 여전히 태양계 외부에서 가장 "빈" 유형의 행성 중 하나입니다. 통과 및 마이크로 렌즈 조사를 동시에 수행함으로써 "로마"는 태양계 기원 환경과 유사할 수 있는 영역을 포함하여 은하 규모의 행성 형성과 진화에 대한 전반적인 그림을 설명할 것으로 예상됩니다.
과학계는 일반적으로 은하수 내 여러 지역의 화학적 환경 차이가 행성 형성에 큰 영향을 미칠 수 있다는 데 동의합니다. 연구에 따르면 은하수 바깥 원반에 위치한 별은 일반적으로 무거운 원소를 적게 함유하고 있는 반면, 은하수 중앙 팽대부에 있는 별은 종종 오래되고 실리콘, 산소, 마그네슘과 같은 "별을 만드는" 원소가 풍부합니다. 천문학자들은 수소와 헬륨 이외의 원소를 '무거운 원소'라고 부릅니다. 이러한 요소는 별 내부에서 세대별로 합성되어 초신성 폭발과 같은 과정을 통해 성간 공간으로 방출되어 점차 후속 별과 행성계를 풍부하게 합니다. 연구에 따르면 별의 중원소 함량이 높을수록 주변에 행성이 나타날 확률이 높아지고, 특히 거대 행성이 더 흔하게 나타나는 것으로 확인되었습니다. 따라서 "로마"가 별의 화학적 구성과 은하계의 여러 지역에 있는 행성의 풍부함 사이의 관계를 체계적으로 비교할 수 있다면 태양계와 유사한 행성계가 은하계에서 흔한지 아니면 상대적으로 드문지에 대한 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 것입니다.
은하수의 구조로 볼 때, 태양은 현재 은하 중심에서 약 27,000광년 떨어진 나선팔 바깥쪽 중앙에 위치하고 있습니다. 과학자들은 태양계가 지금보다 약 10,000광년 떨어진 은하수 중심에 더 가까웠을 수 있으며, 긴 진화 과정 동안 점진적으로 현재 궤도 위치로 바깥쪽으로 이동했을 수 있다고 추측합니다. 이 이동 궤적에 대한 중요한 증거 중 하나는 태양의 화학적 구성에서 비롯됩니다. 태양의 중원소 풍부도는 더 고갈된 외부 원반 별보다 내부 원반 별의 풍부도에 더 가깝습니다. 더 많은 별과 행성계 샘플을 관찰함으로써 "로마"는 유사한 "궤도 이동" 가설에 대한 더 많은 통계적 기초를 제공할 것입니다.
로만은 행성 발견 외에도 행성 대기와 '외계 날씨' 연구에 있어 전례 없는 광역 데이터를 제공할 것으로 기대된다. 연구원들은 이 망원경이 제임스 웹 우주망원경처럼 개별 행성의 대기에 대한 심층적인 분광 분석을 수행하는 것이 아니라, 대신 통과하는 수천 개의 행성의 적외선 복사 및 밝기의 변화를 계산하여 여러 행성 유형에 걸쳐 "대기 및 기후 데이터베이스"를 매핑할 것으로 예상합니다. 적외선 관측 기능은 특히 "뜨거운 목성"에 민감합니다. 이 행성은 크기가 목성과 비슷하고 직경이 지구의 약 11배입니다. 그러나 그들의 궤도는 극도로 가깝고, 주기는 며칠에 불과하며, 표면 온도가 극도로 높기 때문에 적외선 대역에서 상당한 방사선을 방출합니다. 뜨거운 목성이 별을 숨기거나 별 뒤로 지나갈 때, 시스템의 전체 밝기는 주 통과와 더 작은 "보조 통과" 빛 변화를 겪게 됩니다. 과학자들은 2차 통과의 깊이와 궤도의 다양한 위치에서 행성의 밝기 변화를 분석함으로써 행성의 낮과 밤 사이의 온도 차이, 행성 중심선을 기준으로 가장 뜨거운 지역의 오프셋과 같은 정보를 추론할 수 있으며 이를 통해 대기 순환과 열 전달 특성을 추론할 수 있습니다.
데이터 처리 측면에서 '로마' 팀은 사전에 시뮬레이션 관찰과 알고리즘 훈련을 시작했습니다. 연구자들은 합성 데이터를 구축하고, 시뮬레이션된 행성 신호를 삽입하고, 기계 학습과 같은 방법을 사용하여 이동 및 마이크로렌즈 이벤트에서 실제 신호와 오탐지를 구별하는 자동화된 스크리닝 프로그램을 훈련하고 있습니다. 이러한 사전 준비는 일단 망원경이 과학적으로 작동되면 대규모 데이터 유입이 시작될 때 신뢰할 수 있는 행성 탐색 및 통계 분석이 신속하게 수행될 수 있도록 설계되었습니다. '로마'가 수집한 모든 데이터는 전 세계에 공개될 예정이며, 전문 천문학자와 대중 천문학 애호가 모두 새로운 행성의 발견과 연구에 참여할 수 있다는 점은 주목할 만하다.
NASA 과학자들은 일반적으로 외계 행성 분야에서 '로마'의 영향력이 10여년 전의 '케플러' 우주 망원경과 비슷하거나 심지어 능가할 것으로 기대하고 있습니다. 당시 '케플러'는 약 10만 개의 별에 대한 장기간의 고정밀 모니터링을 통해 '행성이 별보다 더 흔하다'는 사실을 처음으로 통계적으로 입증해 은하계 행성의 전반적인 분포에 대한 인류의 이해를 완전히 바꿔 놓았다. "로마" 은하 팽대부 시간 영역 조사 계획은 이전에 체계적으로 거의 검색되지 않았던 많은 영역을 포괄하는 약 1억 개의 별을 관찰할 것이며, 기본적인 대규모 표본 데이터 세트를 형성하여 향후 수십 년 동안 외계 행성 및 은하 진화 연구를 위한 벤치마크를 마련할 것으로 예상됩니다. 임무 준비에 참여한 NASA 고다드 천문학자 호르헤 마르티네스-팔로메라(Jorge Martínez-Palomera)는 이번 하늘 조사가 "다른 세계와 우주에서 인류의 위치에 대한 우리의 이해를 다시 한 번 바꿀 것"이라고 말했습니다.