[지금은 우주] 별 탄생이후 10만~100만년 사이 행성 만들어져

ALMA 국제 연구 프로젝트, 원시성 원반 관측

[아이뉴스24 정종오 기자] 별이 탄생하고 이어 행성이 만들어지는 과정은 여전히 풀어야 할 숙제가 많다. 국제 연구팀이 별이 만들어진 뒤 약 10만~100만년 사이 행성이 만들어진다는 사실을 알아냈다.

이정은 서울대 자연과학대학 물리천문학부의 교수와 사범대학 지구과학교육과의 권우진 교수가 속한 국제 연구팀은 행성 탄생의 초기 모습을 찾기 위해 19개의 젊은 원시성 원반을 아타카마 대형 밀리미터 간섭계(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA)로 관측했다.

‘eDisk(Early Planet Formation in Embedded Disks)’라고 명명된 ALMA 국제 연구 프로젝트는 대학원생을 포함해 세계 15개 연구기관, 37명의 연구자가 수행하고 있다.

ALMA로 관측된 19개의 원시성 주위에서 발견된 원시성원반. [사진=서울대]

우리 태양계, 외계행성계의 기원과 생성 과정은 현대 천문학에서 가장 중요한 주제 중 하나이다. 우리 태양은 약 46억년 전에 만들어졌다. 행성들도 태양 주위의 원반에서 함께 만들어졌다고 믿고 있다.

외계행성계도 이와 다르지 않은 과정을 통해 생성될 것이다. 먼지 알갱이와 기체의 혼합물로 이뤄진 ‘원시행성계원반’이라고 불리는 이 원반 구조의 수명은 몇 백 만년 정도로 추정된다. 지구를 비롯한 행성은 원반이 형성된 후, 수 백 만년 안에 만들어져야만 한다.

ALMA에 의해 최근 원시행성계원반에서 고리, 간극, 나선팔과 같은 내부구조가 발견되고 있다. 이들 구조는 생성된 원시행성들이 원반과 상호작용으로 만들어진다. 행성계가 원반에서 생성됨은 관측으로 증명된 것이다.

행성 생성이 원반 내에서 얼마나 빠르게 시작되는지는 여전히 명확하게 규명되지 않은 상태였다. 이 질문이 eDisk 국제 연구 프로젝트를 구성하게 된 원동력이 됐다.

행성이 생성되는 시기와 원반에서의 위치는 행성의 크기, 행성을 이루게 되는 물질의 물리적 상태와 화학적 성질을 결정한다. eDisk 국제 연구 프로젝트는 행성 생성이 시작되는 시점을 특정하기 위해 650광년 거리 내에 있고 나이가 1만년에서 10만년 정도 밖에 되지 않은 매우 어린 19개의 태아별을 관측했다.

이 프로젝트는 ALMA의 매우 높은 각도 분해능과 감도를 이용해 매우 어린 태아별 주변의 원반 구조를 조사하는 첫 번째 대규모의 체계적 연구이다. eDisk 프로젝트를 통해 관측된 모든 태아별에서, 행성 탄생의 최소 조건이라 할 수 있는 원시성 원반(protostellar disks)이 발견되면서 별이 만들어지는 과정에서 행성 생성의 조건은 필연적으로 조성됨을 확인했다.

상대적으로 나이가 많은 원시행성계원반에서 행성 생성과 관련된 내부 구조가 뚜렷하게 발견되는 것과 달리 eDisk 프로젝트가 관측한 어린 19개의 태아별 중 가장 나이가 많은 몇 개의 원시성 원반에서만 간단한 내부 구조가 발견됐다.

대부분의 경우는 먼지와 기체가 뒤섞여 있는 두텁고 평탄한 원반으로 발견됐다. 이는 별 탄생이 시작한 후, 10만년까지는 별다른 일이 일어나지 않다가 십만 년에서 백만 년 사이에 행성계 형성이 빠르게 진행되는 것을 의미한다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)