별의 ‘반짝임’ 소리로 표현…“오싹할 정도로 매혹적”

노스웨스턴대 천체물리학 학제간 탐사·연구센터 연구팀

연구팀이 공개한 ‘주피터’ 음악 영상의 한 장면. 노스웨스턴대 제공.

밤하늘의 별이 반짝이는 이유는 별빛이 지구 대기를 들어오며 굴절 현상이 일어나기 때문이다. 별빛이 밀도가 일정하지 않은 공기층을 통과하며 다양한 굴절률을 보이고 이 과정에서 반짝이는 것처럼 보이게 된다. 그런데 별 자체도 이미 '반짝임'을 가지고 있다. 별 표면의 가스가 잔물결처럼 일렁이며 반짝이는 현상을 만든다. 하지만 이는 현재 지구에서 포착하기 어렵다.  

에반 H. 앤더스 미국 노스웨스턴대 천체물리학 학제간 탐사·연구센터(CIERA) 박사후연구원 연구팀은 별의 중심부에서 바깥 표면으로 물결치는 에너지를 3D 시뮬레이션으로 처음 표현하는 데 성공하고 27일(현지시간) ‘네이처 천문학’에 연구결과를 발표했다. 별의 중심에 있는 파동이 표면으로 이동하면서 나타나는 반짝임 현상을 모의 실험한 것이다. 

별에서는 가스가 열을 바깥으로 밀어내면서 무질서한 대류 현상이 일어난다. 태양 질량의 약 1.2배에 달하는 거대한 별의 경우 대류 현상이 별의 중심에서 발생한다. 바깥으로 밀린 대기가 냉각돼 떨어지면 따뜻해지면서 다시 상승하는 격동적인 열 운반 과정이 벌어지는 것이다.

대류 현상으로 만들어진 파동으로 별빛이 희미해졌다가 밝아지는 반짝임이 만들어진다. 지구에서는 볼 수 없는 이 숨겨진 대류 영역을 연구팀이 재현하는 데 성공했다. 대류와 파동의 특성을 조사해 별의 밝기가 어떻게 변화하는지 시뮬레이션을 시행한 것. 

별의 대류가 파동을 생성하도록 만들자 파동 일부가 튕겨 나갔다. 연구팀은 이처럼 튀어 나간 파동을 고립시키기 위해 녹음실에 설치하는 방음벽처럼 별 주변으로 감쇠층을 설치했다.  앤더스 연구원은 “음악가들이 음악의 순수한 소리를 추출하기 위해 방음 처리된 벽을 활용하는 것과 같은 원리”라고 설명했다. 

음악가들이 자신이 원하는 음악을 만들기 위해 필터를 적용해 녹음하듯 연구팀 역시 파동에 필터를 적용해 별의 중심부에서 나온 파동이 어떻게 변화하는지 살폈다. 그 결과 파동을 일으키는 반짝임은 미세해 눈으로 감지할 수 있는 수준은 아니었다. 연구팀은 미래에 만들어질 망원경은 이를 감지할 수 있을지도 모른다고 설명했다.  

한 단계 더 나아가 연구팀은 일렁이는 가스의 파동을 음파로 변환했다. 반짝임을 소리로 전환한 셈이다. 다만 별 파동은 인간의 청각 범위 밖에 있기 때문에 연구팀은 인간이 들을 수 있는 상태로 파동의 진동수를 균일하게 증가시켰다. 

이렇게 만들어진 파동에 의한 음파는 별의 크기, 밝기에 따라 서로 다른 소리를 생성했다. 큰 별의 중심에서 나오는 파동은 광선총과 같은 소리를 만들었고, 중간 크기 별은 바람에 휩쓸리는 지형에서 나는 윙윙거리는 소리가 났다. 작은 별은 기상 사이렌처럼 경고음과 같은 소리를 만들었다. 

연구팀은 한단계 더 나아가 지구에서 만든 노래가 별에서 어떻게 들리는지 확인하기 위해 ‘반짝 반짝 작은별’, ‘주피터’ 오디오 클립을 세 가지 크기의 별에 적용했다. 그러자 이 노래들은 아득한 느낌의 소리처럼 들리도록 바뀌었다. 연구팀은 이를 "섬뜩할 정도로 매혹적"이라고 표현했다.  

[문세영 기자 moon09@donga.com]