행성계 탄생 순간 첫 포착…"태양계 닮아"

지구에서 약 1300광년(1광년은 빛이 1년 동안 이동한 거리) 떨어진 오리온 B 분자구름에 위치한 젊은 별 'HOPS-315' 주변으로 기체가 나비 모양으로 방출되는 모습. 칠레 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA) 망원경으로 촬영됐다. 기체와 암석 물질 흐름은 젊은 별 주변에서 흔히 관측된다. ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al. 제공

과학자들이 멀리 떨어진 젊은 별 주변에서 지구 같은 암석형 행성이 탄생하는 순간을 목격하는 데 처음으로 성공했다. 태양계의 행성 형성 과정과 비슷하다는 분석도 나왔다. 태양계를 포함한 행성계가 형성되는 조건과 형성 초기 과정을 정확히 알아내는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

멜리사 맥클루어 네덜란드 라이덴대 교수팀은 칠레 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA) 망원경과 미국 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST) 등을 활용해 행성계가 형성되기 시작하는 순간을 포착하고 연구결과를 16일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 공개했다.

정립된 이론에 따르면 지구나 화성을 포함한 암석형 행성과 소행성 등은 젋은 태양 주변으로 방출된 뜨거운 기체가 식으면서 응결된 암석 물질과 우주 공간에 떠 있는 성간 물질이 혼합돼 만들어졌다. 하지만 그동안 비슷한 사례가 실제로 관측된 적이 없기 때문에 태양계의 초기 형성 과정은 불명확하다.

HOPS-315 주변으로 물질이 퍼져나가는 모습(왼쪽)과 일산화규소가 고체 실리케이트 광물로 응결되는 과정을 묘사한 그림. ESO/L. Calcada/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al. 제공

연구팀은 지구에서 약 1300광년(1광년은 빛이 1년 동안 이동한 거리) 떨어진 오리온 B 분자구름에 위치한 젊은 별 'HOPS-315' 주변에서 나비 모양을 그리며 퍼져나가는 이산화탄소와 일산화규소(SiO) 등 기체의 흐름(제트)을 관측하는 데 성공했다.

운이 좋게도 지구에서 HOPS-315를 바라본 각도가 별 외곽 대기층에 있는 틈새와 일치해 별 중심부에 원반 형태로 존재하는 기체 흐름를 자세히 관측하기 용이했다. 

관측 결과 HOPS-315로부터 2.2천문단위(AU, 1AU는 태양과 지구 사이의 평균 거리로 약 1억5000만km) 이내 지역에서 규소와 산소, 금속 원소로 이뤄진 결정질 규산염이 확인됐다. 뜨거운 기체가 고체로 응결돼 뭉치면서 행성 형성이 시작되는 순간인 '타임 제로(time zero)'를 포착한 것이다. 규산염 광물은 지구 지각의 90% 이상을 차지한다.

HOPS-315 주변의 행성계 형성 과정은 지구가 있는 태양계에서 행성이 형성되는 조건과 유사한 것으로 분석됐다. 이번 연구결과는 행성계 형성에 필요한 물리적 및 화학적 조건을 연구할 기회를 제공할 것으로 기대를 모은다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41586-025-09163-z

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]