별은 죽어갈 때도 ‘행성’을 만든다…마지막 순간 흩뿌린 물질이 뭉쳐

곽노필의 미래창
270광년 거리 백색왜성 관측 결과
별 잔해로 형성된 행성 단서 발견

목성 크기의 가스 행성(오른쪽)이 흰색 원반으로 둘러싸인 작은 백색왜성(왼쪽) 주위를 공전하고 있는 모습을 묘사한 그림. 미국항공우주국 제공

태양이 수명을 다해 죽어간 뒤 남은 잔해 속에서 새로운 행성이 태어날 수 있다는 단서가 포착됐다. 별이 생의 마지막 순간에 흩뿌린 물질이 다시 뭉쳐 태어나는 이른바 ‘제2세대 행성’이 존재할 수 있다는 것이다. 지구를 비롯한 태양계 행성은 별이 태어날 때 남은 재료로 만들어진 1세대 행성이다.

영국 워릭대 연구진은 허블우주망원경의 과거 관측 데이터를 정밀 분석한 결과, 지구에서 270광년 떨어진 우주에 있는 백색왜성 'HS 0209+0832'에서 제2세대 행성의 존재를 시사하는 독특한 화학 물질을 발견했다고 국제 학술지 ‘네이처 천문학'에 발표했다.

이번 발견의 실마리는 1999년으로 거슬러 올라간다. 당시 허블우주망원경은 이 백색왜성 관측에서 약 100개의 화학적 특징(흡수선)이 포함된 데이터를 남겼다. 흡수선이란 별빛이 대기를 통과할 때 특정 원소가 특정 파장의 빛을 흡수해 스펙트럼에 남긴 줄무늬를 말한다. 그러나 당시의 데이터베이스와 기술로는 해석이 불가능해 일종의 ‘미제 사건’처럼 남아 있었다. 백색왜성은 태양처럼 질량이 작은 별이 핵융합 연료를 모두 태우고 바깥층의 가스와 먼지를 우주로 날려 보낸 뒤 남은 중심핵이다.

허블우주망원경이 관측한 백색왜성 HS 0209+0832의 스펙트럼. 백색왜성이 주변 행성의 대기 물질을 끌어들이면서 흡수선(니오븀, 니켈, 칼슘 등)이 나타나는 모습을 보여준다. 미국항공우주국 제공

별이 내뿜은 원소가 뭉쳐 가스 행성으로

이번 연구를 이끈 워릭대 박사과정 연구원 제이미 윌리엄스는 최신 화학 데이터베이스를 활용해 이 오래된 기록을 다시 파고들었다. 그 결과 미지의 흡수선 중 상당수가 금속 원소인 니오븀과 일치한다는 사실을 알아냈다.

지구에서 보석 가공이나 의료용 영상 장비 등에 쓰이는 니오븀은 철보다 무거운 원소다. 일반적인 별의 중심부에서는 핵융합을 통해 만들어질 수 없다. 연구에 참여한 위스콘신-메디슨대 니컬러스 스톤 교수(이론 천체물리학)는 “니오븀 같은 무거운 원소는 죽어가는 별 안에서 만들어지는 극한 조건에서만 합성될 수 있다”며 “니오븀의 존재는 별이 폭발하며 자신의 속살을 우주로 내뿜었다는 증거”라고 말했다. 따라서 이 원소가 많다는 건 주변 물질이 별이 태어날 때의 재료가 아니라 별이 죽으며 내뿜었다는 걸 뜻한다. 연구진은 별이 방출한 이 물질 일부가 뭉쳐 가스 행성이 됐을 것이라고 밝혔다.

별의 일생을 보여주는 그림. 태양(1)과 같은 별은 늙어서 적색거성(2)으로 부풀어 오른 뒤, 가스와 먼지를 방출하고 핵만 남은 백색왜성(3)이 되고, 이어 백색왜성을 둘러싼 가스 원반에서 2세대 행성(4)이 형성돼 백색 왜성을 공전한다. 미국항공우주국 제공

수성보다 가까운 거리에서 공전

연구진은 퇴역한 원자외선 분광 탐사위성 퓨즈(FUSE)의 데이터에서도 니오븀 신호를 찾아냈다. 또 나사의 외계행성 탐사 위성 테스를 통해 4개월간 이 백색왜성을 관측한 결과, 수성보다 훨씬 가까운 600만km 거리에서 약 4.4일을 주기로 별의 밝기가 변하는 현상도 포착했다. 연구진은 이것이 별 주변을 도는 행성 때문에 생기는 현상일 것으로 추정했다.

과학자들은 이 행성이 목성 크기의 가스 행성이며, 아직 젊은 뜨거운 백색왜성으로부터 강한 복사 에너지를 받아 대기가 빠르게 깎여 나가고 있는 것으로 봤다. 깎여 나간 대기 물질은 혜성 꼬리처럼 흘러나와 백색왜성 주위에서 원반을 형성한 후 별 표면으로 떨어졌고, 이것이 허블우주망원경에 포착돼 니오븀의 존재가 드러났다는 분석이다.

연구진은 그렇다고 행성이 곧 사라지지는 않을 것으로 봤다. 윌리엄스는 “백색왜성이 식어 온도가 안정되면 행성은 수백만년 동안 안정적인 생명체 거주 가능 영역에 놓일 수 있다”고 말했다. 그러나 아직은 행성 후보 단계인 만큼 추가 검증 작업이 필요하다.

윌리엄스는 “이번 연구는 백색왜성 같은 단계가 별과 행성 이야기의 에필로그가 아니라, 잠재적으로 새로운 등장인물이 나타날 수 있는 훨씬 더 긴 이야기의 첫 장에 불과할 수도 있다는 걸 보여준다”고 말했다. 연구진은 앞으로 이러한 제2세대 행성들이 얼마나 흔하게 존재하고 어떻게 진화하는지 후속 연구를 이어갈 계획이다.

*논문 정보

Discovery of a second-generation planet candidate accreting onto a white dwarf. Nat Astron (2026).

https://doi.org/10.1038/s41550-026-02983-7

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr