[놀라운 우주] 우주의 뇌? 두개골 닮은 성운!

곽노필의 미래창
5000광년 거리의 행성상 성운
제임스웹, 적외선 장비로 포착

제임스웹우주망원경이 근적외선 카메라로 촬영한 두개골성운. 공식 명칭이 PMR 1인 이 성운은 수명을 다해가는 별이 외피를 방출하면서 생성한 행성상 성운이다. 미국항공우주국 제공

대부분의 사물은 보는 방향에 따라 다른 모습으로 나타난다. 우주 관측도 마찬가지다. 카메라 필터에 따라 천체는 다른 모습을 드러낸다.

최근 미국항공우주국(나사)의 제임스웹우주망원경(JWST)이 2개의 서로 다른 파장의 필터로 찍어 공개한 5000광년 거리의 PMR1 성운은 뇌 사진과 흡사하다고 해서 ‘두개골 성운’으로도 불린다. 수명을 다한 별에서 내뿜은 가스와 먼지 구름 덩어리로 이뤄진 행성상 성운이다.

2013년 스피처우주망원경의 적외선 카메라가 처음 포착한 이 성운을 제임스웹의 강력한 두 적외선 장비가 더욱 상세하게 담아냈다. 관측에 사용한 두개의 필터는 각각 근적외선과 중적외선이다.

제임스웹우주망원경이 중적외선 기기로 촬영한 두개골 성운. 미국항공우주국 제공

가장 바깥층의 흰색 부분은 수소 가스층이다. 안쪽은 다양한 종류의 가스가 혼재돼 있다. 성운 중앙을 수직으로 가로지르는 검은색의 두꺼운 띠는 마치 뇌의 반구를 좌우로 갈라놓고 있는 듯하다. 나사는 이 띠는 중심별에서 발생한 폭발이나 물질 분출로 인한 것일 수 있다고 밝혔다. 중심별에서 폭발이 일어날 경우 일반적으로 서로 반대 방향으로 분출되는 2개의 제트가 나타난다. 중적외선 사진에서는 안쪽에 있던 가스가 꼭대기 방향 바깥쪽으로 분출되는 듯한 모습을 볼 수 있다.

별들은 핵융합 연료를 다 소진할 무렵 바깥층의 물질을 우주로 방출하면서 부풀어오르는데, 그 양태가 매우 역동적이고 다양하다. 이 사진은 그 중 한 순간을 포착한 것이다.

2013년 스피처우주망원경이 처음으로 포착한 두개골 성운. 제임스웹우주망원경이 촬영한 것보다 해상도가 훨씬 떨어진다. 미국항공우주국 제공

두개골 성운의 미래는?

앞으로 이 성운에서 어떤 일이 벌어질지는 중심별의 질량에 달려 있다. 별의 질량이 태양의 8배 이상으로 충분히 크다면 초신성 폭발을 일으킬 것이다. 태양과 비슷한 질량이라면 중심핵이 밀도가 높은 백색왜성이 될 때까지 계속해서 바깥껍질층을 벗어던질 것이다. 백색왜성은 보통 지구 크기이지만 질량은 지구의 수십만배다. 백색왜성을 이루는 물질 한 티스푼의 무게는 픽업트럭보다 더 무겁다.

백색왜성은 수십억년에 걸쳐 서서히 식는다. 그 과정에서 청백색에서 붉은색에 이르는 가시광선을 방출한다. 과학자들은 백색왜성 주변에서 먼지 원반이나 파편, 심지어 행성까지도 발견하는데, 이는 원래 별이 적색거성으로 부풀어오른 단계에서 남은 잔해다. 우리 태양은 100억년 후 적색거성 단계를 거친 후 백색왜성이 될 것으로 본다.

성운의 존속 기간은 1만~2만년이다. 천문학 기준으로는 아주 짧은 기간이다. 그러나 이 기간 동안 성운은 별이 일생에 걸쳐 핵융합을 통해 만든 무겁고 다양한 원소들을 은하에 공급하는 아주 중요한 역할을 한다. 이때 공급되는 무거운 원소들은 생명체의 탄생과 진화에 필수적인 물질이다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr