국내 연구진, 태양계 탄생 비밀 풀었다

제임스웹 우주망원경으로 별 탄생 순간 규산염 결정화 첫 관측

과학기술정보통신부는 서울대 물리천문학부 이정은 교수 연구팀이 NASA의 제임스 웹 우주망원경을 활용해 별 생성 과정에서 규산염이 결정화되는 현상을 관측하는 데 성공했다고 22일 밝혔다. 연구를 담당했던 연구팀이 기념촬영을 하고 있다. /과학기술정보통신부 제공

국내 연구진이 태양계와 행성이 만들어지는 과정을 직접 관측하는 데 성공했다. 별이 태어나는 초기 단계에서 고온 환경에서만 형성되는 ‘결정질 규산염’이 만들어지고, 이 물질이 태양계 외곽까지 이동하는 메커니즘을 세계 최초로 입증했다.

과학기술정보통신부는 서울대학교 물리천문학부 이정은 교수 연구팀이 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 활용해 별 생성 과정에서 규산염이 결정화되는 현상을 관측하는 데 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구 성과는 세계 최고 권위 학술지인 네이처(Nature)에 게재됐다.

규산염은 지구 지각의 약 90%를 차지하는 핵심 광물로, 지구형 행성과 혜성의 주요 구성 성분이다. 특히 결정질 규산염은 섭씨 600도 이상의 고온 환경에서만 형성되는 것으로 알려져 있다. 그러나 극도로 차가운 태양계 외곽의 혜성에서도 결정질 규산염이 발견되면서, 고온에서 생성된 물질이 어떻게 태양계 외곽까지 이동했는지를 둘러싼 의문이 오랫동안 제기돼 왔다.

연구팀은 제임스 웹 우주망원경의 중적외선 분광기(MIRI)를 이용해 뱀자리 성운에 위치한 태아별 ‘EC 53’을 관측했다. EC 53은 약 18개월 주기로 밝기가 급격히 증가하는 폭발적 질량 유입(accretion burst) 현상이 반복되는 천체로, 별 형성 초기 단계를 연구하기에 최적의 대상이다.

연구진은 EC 53의 휴지기와 폭발기를 각각 관측한 결과, 폭발 단계에서만 결정질 규산염 특유의 스펙트럼이 검출되는 것을 확인했다. 이는 별 탄생 과정에서 원시행성계 원반 내부가 고온으로 가열되며 규산염이 실제로 결정화된다는 사실을 관측으로 입증한 것이다.

또 원반 내부에서 생성된 결정질 규산염이 원반풍(disk wind)을 타고 차가운 원반 외곽으로 이동할 수 있다는 사실도 함께 밝혀냈다. 이를 통해 태양계 형성 초기, 고온 환경에서 만들어진 물질이 혜성 형성 영역까지 운반되는 경로가 구체적으로 규명됐다.

이번 연구는 규산염 결정화와 이동 과정이 동시에 일어나는 현장을 직접 관측한 세계 최초의 사례다. 그동안 난류 혼합이나 대규모 물질 이동 가설만 제시돼 왔던 태양계 형성 초기 물질 순환 과정이 하나의 일관된 물리적 시나리오로 설명될 수 있게 됐다.

연구를 이끈 이정은 교수는 “20여 년간 축적한 이론적 예측이 제임스 웹 우주망원경이라는 새로운 관측 수단을 통해 마침내 검증됐다”며 “후속 관측을 통해 규산염 결정화와 물질 이동 과정이 다양한 별 탄생 환경에서도 보편적으로 나타나는 현상인지 확인할 계획”이라고 말했다.

이번 성과는 태양계뿐 아니라 외계 행성계 형성 과정 연구에도 중요한 전환점이 될 전망이다. 별이 태어나는 순간 원시행성계 원반의 광물학적 성질이 어떻게 변화하고, 그 결과가 행성과 혜성의 구성 성분에 어떤 영향을 미치는지를 실증적으로 보여줬다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다.

/김진홍기자 [e-mail]