'별의 탁아소' 둘러싼 가스 거품, 별 생겨날 때마다 팽창한다

지구로부터 2만 광년 떨어진 성단 '웨스터룬드 2'에서 별이 생겨나는 가스 거품을 촬영한 영상이다. 거품의 일부가 터진 듯한 모습이 보인다. 미국항공우주국 제공

우주에서 별이 탄생하는 공간은 팽창하는 뜨거운 플라즈마가 가득 들어찬 이온화된 가스 거품 속에 숨어 있다. 미국 천문학자들이 ‘별의 탁아소’라고도 불리는 가스 거품의 고해상도 영상을 처음으로 촬영했다.

마이트레이 티와리 미국 메릴랜드대 천문학과 박사후연구원 연구팀은 지구에서 2만 광년 떨어진 용골자리 성단 ‘웨스터룬드 2’를 분석한 연구결과를 23일 국제학술지 ‘천체물리학 저널’에 발표했다. 웨스터룬드 2는 주변에 두 개의 가스 거품이 존재해 별이 탄생하는 지점으로 추정돼 왔다.

별은 가스와 먼지구름 같은 성간물질이 서로 중력에 의해 끌어 당겨지고 뭉쳐지며 만들어진다. 별 탄생이 끝나면 내부 핵융합을 시작하며 에너지와 물질을 방출하는 항성풍을 만든다. 이 항성풍이 별이 탄생한 곳 주변에 있던 가스를 거품처럼 부풀게 만든다. 가스 거품은 표면에 탄소 이온 밀도가 높아 껍질처럼 작용해 잘 터지지 않는다. 이 속에서 뭉쳐 있는 성간물질이 계속해 새로운 별을 만들어 낸다. 가스 거품은 ‘별의 탁아소’라는 이름으로도 불리나 그 구조는 거품을 주변 물질과 구분하기 어려워 정확히 알기 어려웠다.

연구팀은 미국항공우주국(NASA)이 보잉 747기를 개조해 운영하는 ‘성층권적외선천문대(SOFIA)’ 장비를 이용해 웨스터룬드2를 관찰했다. SOFIA는 성층권에서 대기의 방해 없이 외부 천체를 관측할 수 있다. 연구팀은 고에너지 X선부터 낮은 에너지의 장파에 이르기까지 모두 분석해 거품의 형태를 분석했다. 탄소 이온이 움직이는 속도에 따라 지구에서 다르게 관측되는 도플러 효과를 이용해 탄소 이온의 정확한 위치를 파악했다. 이를 통해 거품의 3차원 구조를 복원했다.

NASA의 성층권적외선천문대(SOFIA)가 우주를 관측하는 모습의 상상도다. NASA 제공

그 결과 거품은 계속해 항성풍을 받다가 결국 터지는 것으로 나타났다. 속에서 다시 별이 태어나면 새로운 거품이 다시 팽창하기를 반복하는 것으로 나타났다. 연구팀은 거품이 팽창하면서 한쪽이 터져나가 뜨거운 플라즈마를 방출한 것을 확인했다. 약 100만 년 전에 일어난 일로 거품 팽창은 둔화됐다. 그러나 약 20만~30만 년 전 웨스터룬드 2에서 새로운 별이 또 탄생하면서 다시 거품이 팽창하는 것으로 나타났다.

티와리 박사후연구원은 “이는 별들이 거품 속에서 계속해 태어난다는 것을 암시한다”며 “다만 이 과정이 진행되면서 새로운 별의 크기는 점점 작아질 것”이라고 말했다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]