우리은하에서 가장 오래된 백색왜성 발견..."107억년 된 붉은별"

100억년 된 백색왜성(WDJ2147-4035·붉은색 별)과 이보다 약간 젊은 백색왜성(WDJ1922+0233·푸른색 별)을 표현한 모식도. 워릭대 제공

우리은하에서 지금까지 관측된 것 중 가장 오래된 백색왜성이 발견됐다. 이 백색왜성의 나이는 100억년이 넘는 것으로 추정된다.

영국 워릭대 물리학과 연구팀은 지구에서 90광년 떨어진 곳에 위치한 백색왜성과 그 주위를 도는 잔해의 나이가 100억살이 넘었다는 연구 결과를 11월 5일(현지시간) 발표된 국제학술지 '왕립천문학회월보'에 공개했다.

태양을 포함한 별은 수명을 다하면 백색왜성이 된다. 백색왜성은 별 진화의 마지막 단계로 핵융합 연료가 모두 소진돼 수축과 냉각과정을 겪는 청백색의 별을 말한다. 이 과정에서 주변을 돌던 행성들은 파괴되고 잔해는 백색왜성의 표면에 쌓이게 된다.

연구팀은 유럽우주국(ESA)의 가이아(GAIA) 우주관측소에서 백색왜성 두 개를 관측하는 데 성공했다. 붉은색 별(WDJ2147-4035)은 분광 및 광도 측정 결과 형성된 지 약 107억년 된 것으로 분석됐다. 107억년 가운데 102억년 동안 백색왜성의 냉각과정을 거친 것으로 나타났다. 이 별은 대기중 소듐, 리튬, 포타슘 등의 금속이 존재하는 것으로 나타났다.

또 다른 푸른색 별(WDJ1922+0233)은 형성된지 약 90억년 돼 붉은 별보다 약간 젊고 지구의 대륙지각과 유사한 구성의 행성 파편에 의해 오염돼 있었다. 연구팀은 이 백색왜성의 표면 온도가 낮지만 헬륨과 수소로 인해 파란빛을 띤다고 분석했다.

아비가일 엘름스 워릭대 물리학과 박사과정 연구원은 "모든 별의 97%는 백색왜성이 될 것"이라며 "우리은하에서 가장 오래된 별인 백색왜성은 행성계의 형성과 진화에 대한 정보를 제공한다"고 말했다.

별의 스펙트럼을 분석하면 금속이 별의 핵으로 얼마나 빠른 속도로 가라앉는지 알 수 있다. 반대로 시간을 거슬러 원래 별을 돌던 행성계에 얼마나 금속이 풍부했는지도 추정할 수 있다. 엘름스 연구원은 "붉은색 별에 부착된 행성 파편에 리튬과 포타슘이 풍부하다는 것이 이례적"이라며 "오래된 별이 자성을 가지고 있고 표면 온도가 낮다는 점에서 흥미롭다"고 말했다. 

피어-임마누엘 트렘블레이 워릭대 물리학과 교수는 "이번에 관측된 두 개의 백색왜성은 태양계가 형성될 때와는 다른 환경에서 형성되 행성에 대한 정보를 제공한다"고 말했다.

[이영애 기자 yalee@donga.com]