‘전파망원경-슈퍼컴퓨터’ 콜라보, 다둥이별 탄생 비밀 풀었다

서울대, 460광년 떨어진 다중 항성계 관측
태아별 주위로 흐르는 일산화황 기체 구조 발견
태아별 탯줄 역할하는 ‘스트리머’ 기원 밝혀

이정은 서울대 물리천문학부 교수 연구팀이 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA)로 관측한 성간구름에서 만들어지고 있는 세 쌍둥이 태아별 이미지./ALMA

국내 연구진이 이끄는 연구팀이 우주 먼지 속에서 태어나는 ‘다둥이별’의 형성과정을 밝혔다. 이번 연구결과는 전파망원경 관측과 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 결합한 것으로, 태아별이 탄생에 필요한 물질을 공급받는 과정을 처음으로 확인했다.

서울대는 이정은 물리천문학부 교수가 이끄는 국제 연구팀이 다중 원시 항성계 ‘IRAS 04239+2436′을 칠레 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA) 전파망원경으로 관측한 결과, 세 개의 태아별 주변에 큰 나선 팔이 존재하는 것을 발견했다고 4일 밝혔다.

보통 별은 동시에 여러 개가 형성되는 ‘다중성’으로 탄생한다. 현재까지 별의 형성과정을 설명하는 여러 가지 시나리오가 제안됐지만, 다중성 형성과정을 파악하지 못한 상황이다. 다중성 형성은 별 탄생 이론을 포괄적으로 이해하기 위해 매우 중요하다.

태아별 관측에서 주로 보고되는 것은 태아별을 향해 흐르는 가스 구조인 ‘스트리머(Streamer)’다. 태아별에 물질을 공급하는 스트리머는 태아에게 영양분을 공급하는 탯줄 역할을 한다. 태아별이 어떻게 기체를 흡입해 성장하는지 보여주지만, 스트리머의 가스 흐름이 어떻게 형성되는지 아직 밝혀지지 않았다.

이정은 서울대 물리천문학부 교수 연구팀이 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA)로 관측한 성간구름에서 만들어지고 있는 세 쌍둥이 태아별./ALMA

연구팀이 관측한 현상은 지구에서 460광년(光年·빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞)이 떨어진 곳에서 나타난 세 개의 다둥이별 주변에 나타난 나선형 가스 구조다. 이 구조는 일산화황 분자가 방출하는 빛에서 발견됐다. 일산화황 분자는 태아별을 중심으로 400AU(천문단위·1AU는 지구와 태양 사이 거리)로 퍼졌다.

연구팀은 도플러효과를 이용해 일산화황 기체의 속도를 계산했다. 도플러효과는 전자기파를 방출하는 물체가 관측자에게 가까워지거나 멀어질 때 때, 측정되는 전자기파 파장이 달라지는 현상을 말한다. 기체의 움직임을 분석한 결과, 세 개의 거대한 일산화황 기체 구조는 태아별에 흐르는 스트리머인 것으로 확인됐다.

연구팀은 관측 결과의 정확도를 높이기 위해 일산화황 분자의 속도 데이터를 슈퍼컴퓨터 유체역학 시뮬레이션과 비교했다. 마쓰모토 토모아키 일본 호세이대 교수팀과 함께 일본 국립천문대(NAOJ) 천문 슈퍼컴퓨터를 이용해 시뮬레이션을 수행했다.

연구팀은 관측 자료와 시뮬레이션을 비교해 별이 ‘하이브리드 시나리오’로 탄생한다고 설명했다. 난류를 포함한 성간 구름이 여러 개의 밀도가 높은 기체 덩어리로 분화하는 ‘난류 분화 시나리오’와 주변 기체가 나선 모양의 팔처럼 형성돼 물질을 흡입하는 ‘원반 분화 시나리오’가 합쳐진 방식이다. 우주에 역동적인 상황이 발생해야 다둥이별과 스트리머가 형성된다는 분석이다.

별의 탄생 양상에 따라 주변에 행성이 만들어질 수 있는지도 가늠할 수 있다. 이정은 교수는 “행성은 원시별 주위에 형성되는 기체와 먼지 원반에서, 그리고 평온한 환경이 오랫동안 지속돼야 형성될 수 있다”며 “이번에 관측한 항성계의 경우 원시별 주변 원반은 작은 반면, 좁은 영역에 원시별이 밀집돼 행성 형성에 도움이 되진 않을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 4일 국제학술지 ‘천체물리학저널(The Astrophysical Journal)’에 게재됐다.

참고자료

The Astrophysical Journal, DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/acdd5b

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