K과학 주도로 ‘별의 탄생’ 비밀 밝혔다

국내 과학자들이 주도한 국제 공동 연구팀이 지구형 행성의 핵심 성분인 규산염의 결정 형성과 이동 과정을 규명하는 데 성공했다. 사진은 원시 행성 원반으로 둘러싸인 어린 별(항성)의 상상도. 유럽 남방 천문대(ESO) 제공

국내 과학자가 주도한 국제 공동 연구팀이 별이 생성될 때 규산염이 결정화되는 과정을 밝혀냈다.

이정은 서울대 교수팀은 미국, 중국, 캐나다, 일본, 네덜란드 6개국 과학자들과 함께 별이 생성될 때 규산염이 결정화되는 과정을 관측하는 데 성공하고, 연구 결과를 과학 저널 ‘네이처’ 1월 22일 자에 발표했다.

지구 지각을 구성하는 물질 중 약 90%를 차지하는 규산염은 지구형(암석형) 행성과 혜성을 구성하는 핵심 성분이다. 규산염의 결정질 형태는 600도 이상 고온에서만 형성된다. 문제는 결정질 규산염이 극도로 차가운 태양계 외곽에서 형성된 혜성에서도 흔히 발견됐다는 점이다.

최근 연구들에서 별 형성은 연속적 과정이 아닌 폭발적 질량 유입이 반복되는 방식으로 진행되며, 이 과정에서 원반을 고온으로 가열해 규산염 결정화를 유도할 가능성이 제기됐다.

연구팀은 이를 확인하기 위해 미국항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 탑재된 중적외선 분광기(MIRI)로 뱀자리 성운에 있는 태아별 ‘EC 53’을 관찰했다. EC 53은 18개월 주기로 반복적으로 밝아지는 별로, 폭발기와 휴지기를 명확히 구분할 수 있는 천체다.

관측 결과 폭발 단계에서만 약 10㎛(마이크로미터) 대역에서 결정질 감람석과 결정질 휘석의 특징적 스펙트럼을 검출했다. 반면 상대적으로 낮은 온도를 추적하는 18㎛ 대역에서는 결정질 성분 스펙트럼을 볼 수 없었다. 이는 규산염 결정화가 태아별에 가까운 뜨거운 원반 안쪽에서 새롭게 형성된다는 점을 의미한다.

또 원반풍이 고온의 안쪽 원반 표면에서 형성된 결정질 규산염을 들어 올려 차가운 원반 외곽으로 운반할 수 있는 물리적 경로도 확인했다. 원반풍은 새로 탄생한 별 주위를 둘러싸고 있는 가스와 먼지로 이뤄진 회전 원반에서 불어 나오는 바람을 말한다.

연구를 이끈 이정은 서울대 물리천문학부 교수는 “이번 연구는 별 형성의 초기 단계에서 발생하는 폭발적 질량 유입이 규산염을 결정화하고, 형성된 결정질 규산염이 원반 외곽으로 이동할 수 있음을 관측으로 처음 입증했다는 점에서 중요한 의미를 갖는다”고 설명했다.

유용하 과학전문기자

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