[표지로 읽는 과학] 50억년 후 지구가 태양에 잡아먹힌다

네이처 제공

국제학술지 네이처는 이번주 표지로 하얗게 빛나는 별의 모습을 실었다. 수명을 다한 별이 팽창하면서 강렬한 빛을 발하는 모습을 표현한 것이다. 별의 가장자리에는 작은 행성이 보인다. 별에 빨려들어가면서 역시 강한 빛이 뿜어져나오고 있다.

키샬레이 드 미국 매사추세츠공대(MIT) 카블리천체물리학및우주연구소 연구원팀은 별이 다른 행성을 집어삼키는 모습을 처음으로 확인한 연구 결과를 4일 네이처에 발표했다. 연구팀은 "약 50억년 후 지금보다 적색거성이 된 태양이 지구를 잡아먹는 모습이 이와 같을 것"이라고 설명했다.

가스와 먼지구름 같은 성간물질로 이뤄진 별은 시간이 지나면서 내부 핵융합 작용으로 서서히 부풀어오른다. 원래 크기보다 수천 배 이상 커지면 적색거성이 된다. 이 상태에서 팽창이 더 진행되면 순간적으로 핵붕괴가 일어난다. 이로 인해 별의 핵을 제외한 모든 물질이 날아가 버린다. 별의 수명이 다하는 과정이다.

앞서 과학계에선 적색거성 상태에 이르러 막대한 에너지가 발생한 별이 주변의 행성을 빨아들이고 삼킬 것이라 추측했다. 하지만 실제 적색거성이 행성을 흡수하는 모습이 관측되진 않았다.

연구팀이 별이 다른 행성을 삼키는 모습을 포착한 것은 2020년 5월이다. 지구에서 약 1만 2000광년(1광년은 빛이 1년 가는 거리, 약 9조4600억km) 떨어진 독수리자리 근처에서 10일 만에 약 100배 밝아졌다가 사라진 별이 관측됐다. 분석 결과 이 현상은 별이 소멸하기 전 상태인 적색거성이 행성을 흡수하는 순간으로 확인됐다.

이번 관측에서는 미국 캘리포니아주 팔로마천문대에 있는 광시야망원경인 '츠비키 망원경(ZTF)'이 활용됐다. 이 장비는 폭발하는 별과 같이 빠르게 변하는 빛을 포착할 수 있다. 적외선카메라 관측자료도 사용했다. 적외선카메라에 포착된 차가운 에너지는 별이 다른 행성과 결합했을 때 발생한 가스란 설명이다.

미국우주항공국(NASA)의 적외선 우주망원경 '네오와이즈'는 이 현상이 별들의 충돌이 아닌 별이 다른 행성을 잡아먹는 모습이라는 결론을 내리는 데 결정적인 역할을 했다. 별이 방출하는 총 에너지 양을 추정한 결과 매우 적은 양의 에너지가 방출됐기 때문이다. 

연구팀은 "먼 미래 태양이 지구를 집어삼킬 때 태양 또한 강렬한 빛을 발했다가 원래 모습으로 돌아갈 것"이라며 "이번 연구는 별의 탄생과 최후에 대한 이해를 발전시켰다"고 말했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]