네가 왜 그곳에? 초신성 잔해에서 발견된 두 아기 별 [우주를 보다]

[서울신문 나우뉴스]

초신성 잔해에서 발견된 뜨거운 핵 혹은 태어난 별을 둘러싼 따뜻한 분자 가스 덩어리의 상상도. 파란색은 초신성 폭발로 생성된 고에너지 영역을 나타내고, 갈색은 주변의 분자 구름. 니가타대 제공

태양보다 8배에서 10배 정도 되는 무거운 별은 오히려 태양보다 훨씬 빨리 죽는다. 엄청난 속도로 핵연료를 소모하면서 밝게 타오르다가 마지막에는 초신성 폭발을 일으키면서 짧고 굵은 삶을 사는 것이다.

무거운 별의 초신성 폭발은 지구에서 평범하게 살고 있는 우리와는 아무 상관이 없어 보이지만, 사실은 우리와 매우 연관이 깊다. 우리 몸을 구성하는 무거운 원소들이 이 초신성 폭발에서 나온 물질이기 때문이다. 사실 우주 초기에 생성된 수소만 빼고 우리 몸을 구성하는 산소, 탄소, 질소, 그리고 각종 원소들은 모두 별의 잔해에서 나온 물질들이다. 따라서 과학자들은 이 물질이 어떻게 새로운 별과 행성에 공급되는지 연구하고 있다.

일본 니가타대, 기후대, 교토대, 이과학연구원 합동 연구팀은 칠레에 있는 거대 전파 망원경인 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA)을 이용해 약 1600년 전에 폭발한 초신성 잔해 RX J1713.7-3946를 관측해 이 과정을 설명해 줄 놀라운 사실을 발견했다.

연구팀이 발견한 것은 생성되고 있는 새로운 아기 별 두 개였다. 아직 별이라고 하기 전단계의 뜨거운 가스 핵이지만, 이미 주변으로 에너지를 뿜어내면서 존재감을 뽐내고 있는 중이다. 새로 태어나는 별이 초신성 잔해에서 발견된 것은 이번이 처음으로 아기 별이 강렬한 초신성 폭발의 여파 속에서도 생존할 수 있을 뿐 아니라 풍부한 분자 구성을 그대로 유지할 수 있음을 보여줘 과학자들의 관심을 끌고 있다.

사실 초신성 폭발은 마지막 순간 엄청난 에너지를 모아 무거운 별이 한 번에 폭발하는 현상이기 때문에 엄청난 에너지를 방출한다. 이때 초신성 폭발의 밝기는 은하 전체와 맞먹는 수준이다. 거대한 별 주변에 형성된 아기 별의 경우 이때 나오는 강력한 에너지로 인해 상당한 충격을 받게 되지만, 이번 연구에서는 아기 별이 복잡한 유기물을 포함해 상당한 물질을 그대로 보존한 것으로 나타났다.

충격에도 불구하고 아기 별이 멀쩡한 이유에 대해서 연구팀은 뜨거운 핵들이 초신성 폭발의 영향을 최근에 받기 시작해 고에너지 입자들이 핵의 화학적 성질을 크게 변화시킬 시간이 충분하지 않았거나, 초신성 충격파에 의해 증폭된 것으로 추정되는 강력한 자기장이 우주선이 고밀도 분자 가스로 침투하는 것을 억제하여 뜨거운 핵과 분자 구성을 보존했을 것으로 보고 있다.

아무튼 이 초신성 잔해는 생명체 필요한 유기물은 보존하면서 새로 생기는 별 주변에 직접 무거운 원소를 공급해 행성 생성에 충분한 물질을 공급할 것으로 예상된다. 사실 과학자들은 태양계 역시 이렇게 형성되었을 가능성이 높다고 보고 있었지만, 실제 관측을 통해 이것이 가능하다는 점을 확인한 것이 이번 연구의 중요한 결과다. 이 연구는 천체물리학 저널 최신호에 발표됐다.

과학자들은 46억 년 전 태양계 행성 초기로 돌아가 당시 상황을 확인할 수 없지만, 이렇게 다양한 상황에 있는 새로운 별과 행성을 연구해서 태양계와 지구가 어떻게 형성되고 여기에서 어떻게 생명체가 탄생할 수 있었는지를 조금씩 알아내고 있다. 그러면서 알게 된 사실은 우리 모두가 별에서 만들어진 신비하고 놀라운 존재라는 것이다. 우주도 경이롭지만, 그 우주 안에서 생긴 인간 역시 경이로운 존재다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com