어린 별들이 스치며 만든 '우주 다리'…중력 상호작용 증거

원시별 L1448 IRS3A와 L1448 IRS3B의 관측 결과. 별 주변의 물질이 중력의 영향으로 움직이며 두 별 사이에 다리 구조를 만들었다. 권우진 교수 제공

국내 연구팀이 두 어린 별(항성)이 스쳐 지나가며 일어난 중력 상호작용의 증거를 포착했다. 매우 짧은 시간에 일어나는 희귀 현상을 관측한 성과로 별과 행성의 생성·진화 과정을 이해하는 데 기여한다.

서울대는 권우진 지구과학교육과 교수팀이 두 어린 별 사이에서 발생한 중력 상호작용을 직접 포착하고 시뮬레이션으로 입증하는 데 성공했다고 5일 밝혔다. 연구결과는 지난달 19일(현지시간) 국제학술지 '천체물리학 저널 레터스'에 공개됐다.

중력은 우주의 모든 천체 사이에서 작용한다. 은하와 은하의 충돌은 흔히 관찰되지만 두 별이 서로를 공전하는 쌍성계를 제외하면 두 별 사이에서 직접 중력 상호작용이 일어나는 일은 거의 없다. 별의 크기에 비해 별 사이의 거리가 훨씬 멀리 떨어져 있기 때문이다.

밀도가 높은 환경에서 이제 막 태어난 어린 별들은 서로 가까운 거리에 모여 있는 경우가 많다. 어린 별은 '원시행성계 원반'이라는 거대한 물질 원반을 품고 있어 태양처럼 성숙한 별과 비교하면 크기도 더 크다.

이 때문에 천문학자들은 어린 별들 사이에서 중력 상호작용이 활발할 것으로 예측하지만 상호작용의 흔적이 수천~수만 년 사이에 금세 희미해지기 때문에 명확히 포착된 사례는 거의 없다. 어린 별들이 얼마나 자주 중력 상호작용을 겪는지 그 과정이 어떤 영향을 미치는지 불명확한 이유다.

두 어린 별의 중력 상호작용을 재현한 시뮬레이션. 스쳐 지나간 직후 두 별 사이에 다리 구조가 형성된 모습을 확인할 수 있다. 권우진 교수 제공

연구팀은 칠레에 설치된 세계 최대 전파망원경인 '아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA)' 관측 자료에서 두 어린 별 'L1448 IRS3A'와 'L1448 IRS3B' 사이의 다리(bridge) 구조를 우연히 포착했다. 지구에서 약 1000광년(1광년은 빛의 속도로 1년간 이동한 거리) 떨어진 페르세우스 분자운에 있는 두 별은 태어난 지 10만년이 채 되지 않은 것으로 추정된다.

연구팀은 시뮬레이션으로 두 별 사이에서 발생한 중력 상호작용을 재현했다. 분석 결과 두 별은 약 1만5000년전 서로 1500천문단위(AU, 1AU는 약 1억5000만km)까지 가까워지며 '근접 비행(flyby)'한 것으로 나타났다. 이때 L1448 IRS3B의 원반 물질 일부가 중력의 영향으로 L1448 IRS3A 쪽으로 유입되며 다리 구조가 형성된 것으로 분석됐다.

별도 성숙하면서 주변 물질을 계속 흡수하며 몸집을 키운다. 중력 상호작용이 별에 유입되는 물질의 양을 급격히 변화시킬 수 있으며 행성이 만들어지는 원반을 뒤틀어 행성계 형성과 진화에도 큰 영향을 미칠 수 있다.

연구팀은 "그동안 명확히 밝혀지지 않았던 어린 별의 중력 상호작용이 별과 행성의 형성과 진화에 생각보다 더 큰 역할을 할 수 있다는 중요한 가능성을 제시한다"고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.3847/2041-8213/ae279e

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]