600도 이상 고온 생성 물질이 왜 영하 200도 이하 혜성서?···‘천문학 미스터리’ 해결한 국내 연구진

2021년 발사된 미국 항공우주국(NASA) 천체관측장비 ‘제임스 웹 우주망원경’이 임무를 수행하는 상상도. NASA 제공

이정은 서울대 물리천문학부 교수. 과학기술정보통신부 제공

극도로 차가운 성질을 띤 혜성에서 600도가 넘어야 생성되는 광물질이 발견되는 이유를 국내 연구진이 알아냈다. 이론을 넘어 세계 최초로 망원경 관측을 통해 원인을 밝혀냈다는 데 중요한 의미가 있다.

이정은 서울대 물리천문학부 교수가 이끄는 연구진은 ‘결정질 규산염’이 우주에서 생성돼 장거리 이동하는 원리를 세계에서 처음으로 망원경 관측을 통해 입증했다고 21일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’ 22일자에 실렸다.

규산염은 지구 돌 성분의 90%를 차지하는 흔한 광물질이다. 규산염 가운데에서도 내부 원자가 반듯한 대열을 이룬 결정질 규산염은 600도 이상의 고온에서만 생성된다. 그런데 그동안 영하 200도 이하의 초저온 환경에 떠 있는 태양계 외곽 혜성에서도 결정질 규산염이 발견돼 왔다. 그 이유를 기존 천문학계는 규명하지 못했다.

이 교수가 이끄는 연구진은 미국 항공우주국(NASA)이 2021년 지구에서 150만㎞로 떨어진 우주로 발사한 고성능 적외선 천체관측 장비 ‘제임스 웹 우주망원경’으로 이유를 밝혀냈다. 국내 연구진 최초로 제임스 웹 우주망원경 활용 권리를 치열한 경쟁을 거쳐 얻어낸 연구진은 지구에서 1400광년 떨어진 뱀자리 성운 근처 천체 ‘EC53’을 집중 관찰했다.

EC53은 완벽한 별이 되기 전의 ‘태아별’이다. 연구진은 이제 막 형성되는 별을 관측해 46억년 전 생긴 또 다른 별인 태양의 과거를 짚어보는 방법을 사용한 것이다. EC53은 밝기가 높아졌다가 낮아지는 일을 18개월 주기로 반복했다. 연구진은 밝기가 높아지는 ‘폭발기’ 때 결정질 규산염이 생성된다는 점을 관측했다.

특히 연구진은 결정질 규산염이 태아별 주변에 생긴 ‘원반풍’을 타고 먼 우주로 날아간다는 사실을 알아냈다. 태아별 주변에는 고온의 가스·먼지가 원반 형태를 이루며 뱅글뱅글 도는데, 이때 생긴 회전력 때문에 가스와 먼지 일부가 바람처럼 먼 우주로 날아간다고 해 붙은 이름이다. 원반 주변에는 자기장도 있다. 자기장은 가스와 먼지를 우주 저편으로 더 세게 날려 보내는 촉진제 역할을 한다.

이 같은 연구진의 관측 결과는 태양계 외곽 혜성에서 결정질 규산염이 발견되는 이유로 해석되는 대목이다. 이 교수는 “이번 연구가 태양계와 외계 행성계를 심층 분석할 바탕이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com

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