영하 200도의 우주 끝자락에 있는 혜성 안에 어떻게 600도 이상 고온에서만 만들어지는 ‘결정질 광물’이 들어있는 것일까. 천문학계의 오랜 미스테리였던 태양계 형성 초기의 비밀을 국내 연구진이 제임스 웹 우주망원경을 이용해 풀어냈다.
과학기술정보통신부는 서울대 물리천문학부 이정은(사진) 교수 연구팀이 별이 생성되는 과정에서 규산염이 결정화되는 과정을 세계 최초로 관측하는 데 성공했다고 22일 밝혔다. 과기정통부의 기초연구사업 지원을 받아 진행된 이번 연구 성과는 세계적 권위의 학술지 ‘네이처’에 게재됐다.
이 교수는 지난 20여년간 별이 태어나는 과정을 연구해온 공로를 인정받아 국내에서 유일하게 세계 최고 성능의 우주망원경 제임스 웹의 관측 시간을 확보했다. 인류 역사상 가장 정밀한 ‘우주의 눈’을 통해 자신의 가설을 현실로 증명해냈다.
규산염은 지구 지각의 90%를 차지하는 물질이자 지구형 행성과 혜성을 구성하는 핵심 성분이다. 이 규산염이 규칙적인 구조를 갖춘 결정질 형태가 되려면 반드시 600도 이상의 고온 환경이 필요하다. 하지만 극도로 차가운 태양계 외곽에 위치한 혜성에서도 결정질 규산염이 발견되면서 ‘해당 물질이 어떻게 태양계 외곽으로 이동했는가’라는 의문이 학계에서 꾸준히 제기돼 왔다.
이 교수는 뱀자리 성운에 위치한 태아별 ‘EC 53’에 주목했다. 이 별은 주변 물질을 빨아들이며(폭식) 엄청난 에너지를 내뿜는 ‘폭발기’와 잠잠한 ‘휴지기’가 약 18개월 주기로 명확히 구분되는 천체다. 연구팀은 두 시기를 각각 정밀 분석해 태아별이 성장할 때 내뿜는 폭발적인 에너지가 주변의 먼지를 순식간에 달궈 비결정질 규산염을 결정화시키는 과정을 관측했다.
연구팀은 원반 안쪽에서 결정화된 규산염들이 차가운 태양계 외곽까지 이동하는 경로도 밝혀냈다. 원시행성계 원반의 안쪽 영역에서 바깥쪽으로 흘러나가는 가스 흐름인 ‘원반풍’을 타고 차가운 외곽까지 움직인 사실을 물리적으로 입증한 것이다.
이번 연구 성과는 태양계의 시작점을 밝혀낸 것으로도 평가된다. 이 교수는 “EC 53과 같은 과정을 거쳐 원반에서 태양계, 우리 행성, 소행성, 혜성들이 만들어졌다”며 “우주의 시작을 설명할 수 있는 중요한 지표를 만들었다는 것이 이 연구의 중요한 의의”라고 설명했다.
연구진은 원반 내 얼음 분자로 연구 영역을 확장할 계획이다. 이 교수는 “원시행성계 원반에 존재하는 얼음의 성분과 공간 분포가 어떻게 진화하는지를 종합적으로 규명하고자 한다”며 “이를 통해 별과 행성이 형성되는 과정에서 물과 유기물이 어떤 경로를 거쳐 행성계로 전달되는지를 보다 입체적으로 이해하는 것이 궁극적인 목표”라고 말했다.
후속 연구 과정에는 우리 은하 전역에 걸친 얼음 분자의 분포 지도 구축과 함께 폭발적 강착을 겪고 있는 태아별을 효율적으로 식별할 수 있는 적외선 우주망원경인 ‘스피어엑스’를 활용할 계획이다.
양윤선 기자 sun@kmib.co.kr
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