태양계 행성 탄생 비밀, 韓연구진이 풀었다

‘태아별 연구’ 서울대 이정은 교수
규산염 결정화 과정 세계최초 관측
국제학술지 ‘네이처’에 게재돼
“장기간 축적된 경험이 발견 이어져”

별의 형성 과정에서 초기 단계에 해당하는 ‘태아별’ 중 하나인 ‘EC 53’의 모습(점선 안). EC 53은 뱀자리 성운에 속한 태아별로, 주변의 원반에서 물질을 폭발적으로 흡입하는 ‘폭식’ 현상을 주기적으로 보인다는 특징을 갖는다. NASA, ESA 등 제공

국내 연구진이 그동안 베일에 싸여 있던 태양계 행성의 생성 비밀을 밝혀 냈다. 태양과 같은 항성으로부터 멀리 떨어진 지구형 행성이나 혜성에서 발견되는 ‘결정질 규산염’의 이동 경로를 세계 최초로 관측했다.

과학기술정보통신부는 21일 이정은 서울대 물리천문학부 교수가 별이 생성될 때 규산염이 결정화되는 과정을 세계 최초로 관측해 국제학술지 ‘네이처’ 1월 22일자에 게재했다고 밝혔다.

태양계에서 규산염이 결정화되는 과정은 지구형 행성이 어떻게 형성되었는지 알려주는 중요한 정보다. 지구의 지각 중 90%는 규산염으로 구성돼 있는데, 규산염의 결정질 형태는 600도 이상의 고온에서만 형성된다. 하지만 극저온 상태인 태양계 외곽 혜성에서 결정질 규산염이 발견되면서 고온 환경에서 만들어지는 물질이 어떻게 태양계 외곽으로 이동했는지가 의문으로 남아 있었다.

이 교수는 20여 년 동안 별이 태어나는 과정을 연구하면서, 그 이유를 별의 초기 단계인 ‘태아별’ 시절 일어나는 현상과 연관이 있을 것으로 추측했다. 태아별은 주변에 먼지, 티끌 등으로 이뤄진 원반으로부터 물질을 빨아들여 성장한다. 과거에는 물질을 일정한 속도로 빨아들인다고 알려져 있었지만, 최근 연구를 통해 주기적으로 마치 폭식을 하듯 폭발적으로 물질을 빨아들인다는 사실이 밝혀졌다. 이 교수는 이 같은 태아별의 폭식 현상을 태양계 외곽의 혜성이 규산염 결정질을 가지고 있는 핵심적인 원인으로 추정했다.

연구팀은 관측을 통해 해당 이론을 확인하기 위해 국내에서 유일하게 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경 관측 시간을 확보했다. 연구진이 집중 관찰한 것은 뱀자리 성운에 있는 태아별 ‘EC 53’이었다. 이 태아별은 약 18개월 주기로 밝기가 바뀌는, 즉 규칙적으로 폭식과 단식을 반복하는 별이라 관측이 수월했기 때문이다.

제임스 웹 우주망원경을 통해 관측한 결과 폭발 단계에서만 결정질 광물의 스펙트럼이 검출되는 것을 확인했다. 태아별이 폭식을 할 때 태아별에서 가까운 뜨거운 원반 안쪽에서 결정질 규산염이 생성된다는 것을 관측한 것이다. 더불어 원반 안쪽에서 생성된 결정질 규산염이 안쪽에서 바깥쪽으로 부는 원반풍에 의해 차가운 외곽까지 운반될 수 있다는 사실도 밝혀냈다.

이 교수는 “이번 연구 성과는 장기간 축적된 경험이 과학적인 발견으로 이어진 사례라고 생각한다”며 “앞으로 후속 관측을 이어가 규산염 결정화와 물질 이동 과정의 보편성, 진화 단계에 따른 의존성을 검증할 계획”이라고 말했다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com