32개 태양계 속 꿈틀대는 ‘초록빛’…행성의 탄생을 엿보다

곽노필의 미래창
우주먼지 속에서 완성돼가는 항성계
미세한 움직임에서 숨은 행성 발견

우리 은하의 아기 항성계 실측 사진 31개와 초기 태양계 상상도. 유럽우주국 제공

태양계와 같은 하나의 행성계는 가스와 먼지 입자들이 분자구름을 형성한 뒤 중력의 힘으로 붕괴된 후 중심부에서 별이 먼저 만들어지고 이후 그 주변 물질들이 행성을 이루는 과정을 거쳐 완성된다. 경우에 따라서는 여러 개의 별이 동시에 형성되기도 하고, 별을 둘러싼 물질은 원반 형태를 이룬다. 이른 원시행성원반이라고 부른다.

하지만 이 과정은 짙은 우주먼지에 둘러싸인 안쪽에서 이뤄지는 것이어서 바깥에서 이를 들여다보기는 어렵다. 그러나 유럽우주국(ESA)의 가이아우주망원경은 별의 미세한 흔들림을 감지할 수 있는 천문측량기로 먼지 장막 안쪽에서 무슨 일이 일어나고 있는지 어느 정도 확인할 수 있다. 직접 들여다볼 수는 없지만 행성이나 동반 천체가 별에 가하는 중력 효과로 인한 별의 미세한 ‘요동(wobble)’을 감지하는 능력으로 동반 별이나 천체의 존재를 알아낼 수 있다.

유럽우주국이 지상 전파망원경과 가이아우주망원경으로 포착한 우리 은하의 아기 항성계 31개와 초기 태양계를 비교한 사진을 공개했다.

칠레 아타카마사막에 있는 전파망원경 알마의 관측 사진에 가이아가 감지한 천문측량 데이터를 추가해 먼지 뒤쪽에 숨어 있는 천체의 위치를 표시한 합성사진이다. 태양계는 실측 사진이 아니라 형성된 지 약 100만년이 됐을 때의 모습을 묘사한 것이다. 나머지 항성계는 방대한 가스와 먼지 구름이 붕괴하면서 최근에 탄생한 매우 젊은 별들을 중심으로 형성된 것들이다. 32개의 항성계 중 태양계는 어디에 있을까?

32개 항성계의 이름을 붙인 이미지. 오른쪽 맨아래가 생긴 지 100만년 된 아기 태양계다. 1au는 지구~태양 거리, 1mas는 1000분의 1초각. 유럽우주국 제공

세 가지 유형의 동반 천체

가이아는 알마 전파망원경이 관측한 98개의 아기 항성계 가운데 31개에서 동반 천체의 존재를 시사하는 미세한 움직임을 감지했다. 그 움직임의 정도가 7개에서는 행성 질량 천체와 일치했고, 8개에서는 갈색왜성과 가장 잘 들어맞았다. 갈색왜성은 행성보다 크지만 별보다는 작은 천체다. 나머지 16개에는 동반별이 있을 가능성이 큰 것으로 나타났다. 가이아가 추정한 이들 동반천체의 위치는 사진에서 청록색으로 표시돼 있다. 아기 태양계에선 가장 먼저 생긴 목성의 궤도가 같은색으로 표시돼 있다.

가이아우주망원경의 천문측량 기법을 이용해 형성 단계에 있는 별 주위에서 동반 천체를 찾아낸 것은 이번이 처음이다. 독일에 있는 유럽남방천문대(ESO) 연구진은 형성 단계에 있는 수백개의 별 관측 데이터에서 동반천체를 식별해냈다. 이번 연구는 국제학술지 ‘천문학과 천체물리학’에 게재될 예정이다.

유럽우주국은 가이아가 발견한 동반천체들은 앞으로 제임스웹우주망원경 등을 통해 추가 관측이 이뤄질 예정이라고 밝혔다.

가이아 관측 데이터를 기반으로 우리은하를 묘사한 그림. 빨간색 원이 태양의 위치다. 은하 중심에서 2만6천광년 거리에 있다. 유럽우주국 제공

올해 네번째 관측 데이터 공개

가이아우주망원경은 지구에서 태양 반대쪽 방향으로 150만km 지점에 있는 제2라그랑주점(L2)에서 2013년부터 11년 동안 우리 은하에 있는 별들의 위치와 이동, 거리를 측정해 정확하고 상세한 은하수 지도를 작성한 뒤 올해 초 관측활동을 종료했다.

가이아는 천문측량기, 광도측정기, 방사속도분광기 세 가지 도구로 은하수에 있는 별들의 위치와 이동, 거리를 측정해 다른 어떤 관측 위성보다 정확하고 상세한 은하수 지도를 작성했다.

관측 활동은 끝났지만, 공개할 데이터는 아직 많이 남아 있다. 유럽우주국은 2026년에 공개될 네번째 데이터(DR4)에서는 훨씬 더 많은 숨은 행성이 발견될 것으로 예상된다.

*논문 정보

Astrometric view of companions in the inner dust cavities of protoplanetary disks.

https://doi.org/10.48550/arXiv.2512.00157

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr