나비인듯 버거인듯…태양계 40배의 ‘원시행성 원반’

곽노필의 미래창
지름 6400억km ‘역대 최대 규모’
연구진 “초기 태양계의 확대판”

허블우주망원경으로 본 태양계 40배 크기의 원시행성 원반 ‘드라큘라의 치비토’. 1시에서 7시 방향으로 난 어두운 먼지 띠가 안쪽의 별을 가리고 있다. 그 아래, 위로는 별빛을 반사하는 먼지로 이루어진 밝은 구름이 뻗어 있다. 미국항공우주국 제공

18세기의 독일 철학자 이마누엘 칸트는 1755년 ‘자연사의 일반이론과 천체 이론’에서 태양과 행성들은 가스와 미세 입자로 이루어진 성운(nebula)이 중력에 의해 수축하면서 형성되었을 것이라고 주장했다. 이후 근대 천문학 연구 성과가 쌓이면서 칸트의 통찰은 거의 정확한 것으로 드러났다.

오늘날 천문학에 따르면 태양계와 같은 행성계는 우주 공간에 존재하는 수소와 헬륨 가스와 먼지로 이루어진 분자운이 중력 붕괴를 일으키며 형성된 원시행성 원반에서, 미행성과 원시행성이 단계적으로 만들어지며 구축된다.

분자운이 자체 중력이나 외부 충격에 의해 응축이 시작되면 일정한 방향으로 회전하면서 밀도가 높아지다가 안쪽 중심의 덩어리는 원시별이 되고, 주변의 가스와 먼지는 납작한 원반(원시행성계 원반)을 형성한다. 원시별은 중심 온도가 충분히 높아지면 핵융합을 통해 스스로 빛을 내는 별로 성장하고, 원반의 가스와 먼지 입자들은 서로 부딪히면서 덩어리(미행성)를 이룬다. 미행성 중 무거운 물질은 안쪽에서 암석형 행성(지구형 행성), 가벼운 물질은 바깥쪽에서 가스형 행성(목성형 행성)으로 성장해 중심별과 함께 하나의 행성계를 이룬다.

미국 하버드-스미소니언천체물리학센터가 중심이 된 천문학자들이 미국항공우주국(나사)의 허블우주망원경 관측을 통해 지구에서 1000광년 떨어진 거리에 있는 원시행성 원반 IRAS 23077+6707의 크기가 지름 6400억km나 된다는 걸 확인해 국제학술지 ‘천체물리학저널’에 발표했다. 이는 지금까지 발견한 원시행성 원반 중 가장 큰 것으로, 태양계의 약 40배나 된다.

‘IRAS 23077+6707’은 우주망원경인 적외선천문위성(IRAS)의 적외선 관측으로 적경 23시07.7분, 적위 67도07분 부근에서 발견한 천체라는 뜻이다. 적경과 적위는 지구를 중심으로 본 천구에서의 천체 위치를 나타내는 좌표로, 하늘판 경도와 위도라고 보면 된다. 지난해 발견됐으나 정확한 크기가 추정된 것은 이번이 처음이다.

가시광선에서 근적외선에 이르기까지 각각 파장이 다른 6개 필터로 본 원시행성 원반 ‘드라큘라의 치비토’. 천체물리학저널

목성의 30배 질량…안쪽에 거대한 행성계 있을 듯

사진에 나타난 원반의 형상은 측면에서 본 모습으로 아래, 위의 밝은 가스층과 가운데 어두운 먼지 원반으로 이뤄진 구조가 햄버거 또는 나비를 연상시킨다. 연구자들이 붙인 별칭은 ‘드라큘라의 치비토’다. 치비토는 우루과이의 국민음식으로 통하는 고기 샌드위치 이름이다.

크기가 워낙 큰 덕분에 다른 원반보다 더 상세하게 구조가 드러났다. 연구진이 허블우주망원경의 가시광선 카메라로 관측한 결과, 대체로 대칭 구조를 갖고 있는 다른 원반과 달리 이 원반은 한쪽 면에만 수직으로 솟아오른 필라멘트 형태가 나타나는 비대칭 불균형 구조인 것으로 확인됐다. 연구진은 “최근 먼지와 가스가 유입됐거나 주변 물질과의 상호작용으로 인한 것으로 보인다”며 “이는 이 원반이 매우 격동적인 상태에 있다는 걸 보여준다”고 설명했다.

원반 안쪽에 원시별이 있는데, 먼지에 가려져 보이지는 않는다. 과학자들은 질량이 아주 큰 별이거나 쌍성일 수 있다고 말했다.

원반의 질량은 목성의 10~30배로 추정됐다. 연구진은 “이 원반은 초기 태양계의 확대판이라고 볼 수 있다”며 “원반에는 여러개의 가스행성이 만들어지기에 충분한 양의 물질이 있다”고 밝혔다. 연구를 이끈 크리스티나 몬쉬 박사는 “원반 안쪽에 거대한 행성계를 품고 있을 가능성이 있다”며 “아직은 답보다 질문이 더 많지만 이처럼 거대한 구조에서도 기본적인 행성 형성 과정은 비슷할 것”이라고 말했다.

*논문 정보

Hubble Reveals Complex Multiscale Structure in the Edge-on Protoplanetary Disk IRAS23077+6707.

DOI 10.3847/1538-4357/ae247f

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr