올 한해도 우주를 향한 인류의 도전은 계속됐다. 인류는 역사상 처음으로 이론으로만 존재했던 실제 블랙홀의 모습을 포착했고 태양계 끝자락의 천체와 조우했다. 또한 태양계 너머 ‘외계에서 온 두번째 손님’인 ‘2I/보리소프'의 모습도 카메라에 담았다. 올 한해 포착된 흥미롭고 신비로운 우주의 모습을 사진으로 정리해봤다.　 태양계 끝자락의 눈사람　지난 1월 1일 전세계가 새해맞이에 들썩이던 사이 태양계 끝자락에서는 인류의 피조물이 미지의 세계를 떠도는 천체를 가장 가까이에서 만났다. 지구에서 약 66억㎞ 떨어진 미지의 세계인 ‘카이퍼 벨트’(Kuiper Belt·태양계 끝자락에 수많은 천체가 도넛 모양으로 밀집해 있는 지역)에 위치한 이 소행성의 이름은 ‘2014 MU69’로 세상에 널리 알려진 별칭은 ‘울티마 툴레’(Ultima Thule)다. 그러나 지난 11월 미 항공우주국(NASA)은 울티마 툴레의 공식적인 이름을 ‘아로코스’(Arrokoth)로 명명했다. 북미 인디언의 언어에서 따온 아로코스는 ‘하늘’이라는 뜻으로 국제천문연맹(IAU)의 승인도 받아 천체의 공식명칭이 됐다. 마치 눈사람을 연상시키는 모습으로 눈길을 끈 아로코스는 원래는 각기 다른 2개의 암석 덩어리였다. 그러나 부드럽게 충돌하는 과정을 거치면서 길이 30여㎞의 지금의 모습이 됐다. 인류에게 처음 모습을 드러낸 블랙홀　지난 4월 세계 과학 역사상 최초로 초대질량의 실제 블랙홀 모습이 포착됐다. 국내 천문학자들을 포함한 347명의 국제 과학자가 포진된 사건지평선망원경(EHT·Event Horizon Telescope) 연구진은 거대은하 ‘M87’ 중심부에 있는 블랙홀 관측에 성공했다. 관측에 성공한 블랙홀은 지구로부터 5500만 광년 떨어져 있으며, 질량은 태양의 65억 배에 달한다. 태양 1개의 질량이 지구 33만 2000여개 질량과 맞먹는 걸 고려하면 가늠하기조차 어려울 정도다. EHT 연구진은 세계 각지에 놓여 있는 전파망원경 8대를 서로 연결해 하나의 망원경처럼 가동하는 초장기선 간섭(VLBI) 관측법을 통해 개별 망원경이 얻을 수 없는 블랙홀의 고해상도 이미지를 촬영할 수 있었다. 아름다운 토성의 맨 얼굴　NASA와 유럽우주국(ESA)은 지난 6월 허블우주망원경의 최첨단 광시야카메라3(WFC3)로 입을 다물지 못하게 할 정도로 놀라운 ‘토성의 맨 얼굴’을 포착했다. NASA 관계자는 "토성은 많은 특징들을 지니고 있지만, 특히 그중에도 고리 시스템은 트레이드 마크라 할 수 있다"면서 "얼음 알갱이로 이루어져 있는 토성의 밝은 고리는 장엄한 아름다움을 자랑한다”고 밝혔다. 촬영당시 토성의 거리는 지구-태양 간 거리의 약 9배인 13억 6000만㎞였다.　 ‘별중의 별’ 에타 카리나이지구로부터 약 7500광년 떨어진 곳에는 ‘별중의 별’로 불리는 특이한 쌍성이 존재한다. 마치 날갯짓하는 것 같은 환상적인 모습 덕에 아름답지만 치명적인 쌍성계 ‘에타 카리나이’(Eta Carinae)다. 지난 7월 ’우주망원경과학연구소'(STScI)는 허블우주망원경의 광시야카메라3(WFC3)를 이용해 열기가 남은 에타 카리나이의 가스 속에서 마그네슘이 뿜어내는 빛을 자외선으로 포착했다. 이 빛은 둥근 돌출부 사이의 공간과 외곽에서 충돌로 가열된 질소가 많은 영역에서 형성됐으며 이전에는 전혀 드러나지 않았던 것들이다. 용골자리(Constellation Carina)에 위치한 에타 카리나이는 지금도 매우 격렬하면서도 불안정하게 활동하는 별로, 크고 작은 두개의 ‘태양’으로 이루어져 있다. 큰 별은 태양보다 질량이 90배 정도 크지만 무려 500만 배나 밝은 것이 특징이다. 작은 별 역시 태양보다 30배 정도 큰 질량을 가졌으며 100만 배는 더 밝다. 외계에서 두번째로 온 그대　지난 10월 태양계 너머 ‘외계에서 온 두번째 손님’의 가장 선명한 모습이 4억 1800만㎞ 거리에서 허블우주망원경에 포착됐다. 푸른빛을 발하는 인터스텔라(interstellar·항성 간) 방문객인 ‘2I/보리소프‘(2I/Borisov·이하 보리소프)는 우리 태양계의 혜성과 매우 비슷한 모습이다. 전문가들은 보리소프가 반지름이 약 1㎞인 고체 핵을 갖고 있으며, 코마(coma)처럼 핵에서 방출되는 가스와 먼지로 된 구름 같은 구조가 둘러싸고 있는 것으로 파악하고 있다. 또한 외계 항성계에서 만들어진 혜성으로 그 화학적 구성과 구조, 특성 등에 대한 귀중한 정보를 제공해줄 것으로 기대하고 있다. 두 눈을 가진 오싹한 '유령 은하'　지난 10월 허블우주망원경이 심우주에서 포착한 ‘유령은하’다. 얼핏 소름이 돋는 이 화제의 이미지는 이글거리는 두 눈을 가진 얼굴 형상으로 마치 유령을 보는 듯한 느낌을 주기도 한다. 이 유령 은하의 정체는 정면 충돌의 중간 단계에 있는 두 심우주 은하들로, 소름 끼치는 우주 얼굴의 섬뜩한 ‘두 눈’은 은하들의 밝은 핵이다. 그리고 각각의 은하 디스크에는 두 은하의 별들이 뒤죽박죽으로 뒤엉켜 있다. 현미경자리에 있는 이 은하계는 ‘Arp-Madore 2026-424’라고 불리며, 지구로부터 7억 400만 광년 떨어져 있다. 유럽우주국(ESA)은 “고리 모양의 은하는 드물며, 그 중 수백 개만이 심우주에 존재한다”고 밝혔다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지구로 날아올 소행성의 궤도를 바꾸기 위해 우주선을 발사해 맞추겠다는 미국과 유럽의 급진적인 공동 임무가 마침내 본격화된다. 2일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신에 따르면, 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)의 관계자들은 오는 11일부터 13일까지 이탈리아 로마 천체투영관에서 만나 이같은 시스템의 개발에 관한 진행 상황을 논의한다. 이른바 ‘아이다’(AIDA·Asteroid Impact Deflection Assessment)로 불리는 이 공동 임무는 실제로 소행성의 궤도를 바꾸는 것이 가능한지를 예측 가능한 방법으로 시험하는 것이다. 이는 우선 우주선 한 대가 표적이 되는 소행성에 충돌하고 나면 또 다른 우주선이 충돌 영향을 평가한다. 만일 이 시험에 성공하면 소행성 궤도 변경에 관한 기술은 언젠가 지구를 지키는 데 쓰겠다는 것이다. ‘국제 소행성 충돌 궤도변경 평가 워크숍’(International Asteroid Impact Deflection Assessment Workshop)이라는 이름으로 열리는 이번 회의에서 두 우주기관의 참석자들은 쌍성계 소행성 ‘디디모스’의 궤도를 바꾸기 위한 공동 임무에 대해 논의한다. 디디모스는 지금까지 확인된 모든 소행성 중 약 15%를 차지하는 한 쌍으로 된 소행성으로, 지름 780m의 디디모스A와 지름 160m의 디디모스B로 구분된다. 이 중 디디모스B가 디디모스A를 공전하고 있어 디디문이라는 애칭으로도 불린다. 이들 전문가가 이런 소행성에 충돌 시험을 하기로 한 이유는 시험을 해도 지구에 위협이 되지 않는다고 판단되기 때문이다.우선 NASA가 운영할 우주선 ‘다트’(DART·Double Asteroid Redirection Test)가 초속 약 6.6㎞의 속도로 날아가 디디모스B의 예정된 부분에 정확히 충돌한다. 그러면 ESA가 운영하는 또다른 우주선 ‘헤라’(Hera)가 다시 디디모스B 근처까지 날아가 충돌 지점을 조사해 소행성 궤도에 미친 영향에 관한 자료를 수집한다. 이같은 자료는 실제로 지구를 위협하는 소행성의 궤도를 바꾸기 위한 기술을 더욱 정밀하게 하는 데 쓰일 수 있다. 이에 대해 ESA의 담당자 이언 카넬리는 “유럽은 지난 2003년 ESA의 연구를 통해 개발된 혁신적 임무인 아이다에서 주도적인 역할을 하는 게 중요하다. 국제적인 노력은 앞으로 나가는 적절한 방법이며 행성 방위는 모든 사람에게 이익이 된다”고 말했다. NASA는 이미 2021년 여름 다트 우주선을 발사해 이듬해 9월 표적인 디디모스B의 목표 지점에 도달하기 위한 계획을 세웠다. 다트에는 초소형 위성 리시아큐브(LICIACube)를 탑재해 모선이 소행성에 충돌하기 전부터 충돌하는 순간을 기록하겠다는 것이다.그러면 ESA의 헤라가 투입되는 데 충돌로 생기게 될 흔적 즉 크레이터(충돌구)의 형태와 소행성의 질량 변화를 평가한다. 헤라 역시 초소형 위성 큐브샛 2기를 배치해 디디모스B에 관한 정밀 조사를 시행하는 데 여기에는 소행성을 대상으로 한 최초의 레이더 탐사가 포함된다. ESA에 따르면, 현재 헤라 우주선은 설계 최종 단계에 있다. 따라서 ESA의 고위 관계자들은 오는 11월 스페인 마드리드에서 열리는 ‘스페이스19+’ 각료회의에서 헤라의 건조 허가 여부를 확정할 것으로 예상된다고 외신들은 전했다. 승인이 떨어지면 헤라는 ESA가 제안한 새로운 우주 보안 프로그램에 참여하게 된다. 발사 예정은 오는 2024년 10월로, 디디모스까지 가는 데는 약 2년이 걸릴 것으로 보인다. 이번 회의에서는 소행성 궤도변경 임무에 관한 헤라 우주선의 진행 상황뿐만 아니라 디디모스 소행성에 관한 천문 관측에서 나온 결과도 논의될 예정이다. 사진=ESA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우주에는 다양한 이유로 밝기가 주기적으로 변하는 변광성이 존재한다. 동반성에 의해 가려서 밝기가 주기적으로 변하거나 별 자체가 팽창과 수축을 거듭하면서 밝기가 변하는 경우 등 여러 가지 이유가 있는데, 대개 수일에서 수백일 사이의 주기로 밝아졌다가 어두워지는 변화를 반복한다. 하지만 미국 UC 산타 바바라 대학의 토마스 쿠퍼는 쌍성계를 연구하던 중 불과 5분 주기로 밝기가 변하는 맥동변광성(pulsating star)를 발견했다. 연구팀은 샌디에이고에 있는 팔로마 천문대(Palomar Observatory)의 광역하늘 천문조사 장비인 ZTF(Zwicky Transient Facility)를 통해 별의 밝기 변화에 대한 데이터를 수집하던 중 이전에 본 적이 없는 독특한 형태의 변광성을 발견했다. 이 별의 표면 온도는 5만℃에 달해 태양보다 9배 정도 더 뜨거웠지만, 질량은 태양의 20~50%에 불과했다. 여기에 불과 5분이라는 짧은 주기로 팽창과 수축을 반복하면서 밝기가 변하고 있었다. 연구팀은 이 별의 작은 질량과 비정상적으로 뜨거운 표면 온도를 생각할 때 이 별이 마지막 단계에서 중심부가 노출된 별이라고 판단했다. 태양 같은 별의 마지막 순간은 적색거성으로 부풀어 오른 후 주변으로 가스가 흩어지면서 조용히 최후를 맞는 것이다. 이 마지막 단계 전에 별의 중심부에서는 헬륨 핵융합 반응이 일어난다. 오랜 세월 별에 에너지를 공급한 수소가 고갈되고 중심핵에 헬륨만 남게 되면 헬륨을 연소시켜 산소와 탄소를 만들고 에너지를 공급받는 것이다. 하지만 이 별은 그 단계에서 동반성에게 대부분의 가스를 빼앗겨 안정적인 헬륨 핵융합 반응에 필요한 중력과 온도를 확보하는데 실패했다. 그 결과 불완전 핵융합 반응이 일어나면서 수축과 팽창을 반복하는 상태가 됐다. 별 표면이 뜨거운 이유는 내부의 뜨거운 핵이 드러났기 때문이다. 결국, 이 별은 서서히 식어가면서 백색왜성으로 최후를 맞이하게 될 것이다. 물론 이런 별은 우주에 매우 드물며 천문학자가 아닌 일반 대중이 아마추어 망원경으로 관측할 수 있는 별도 아니다. 하지만 천문학자들에게는 매우 흥미로운 정보를 제공했다. 적색거성 단계의 별 내부를 들여다볼 수 있는 흔치 않은 기회이기 때문이다. 이번 관측 결과는 기존의 항성 진화 모델에 적합한 것으로 나타났다. 독특한 사연을 지닌 작은 별 덕분에 과학자들은 기존 이론의 타당성을 검증할 기회를 얻었다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

빠른 속도로 서로를 빙빙도는 죽은 두 별이 새롭게 발견됐다. 지난 24일(현지시간) 미국 캘리포니아 공과대학 연구팀은 팔로마 천문대의 광역하늘 천문조사 장비인 ZTF(Zwicky Transient Facility)를 이용해 'ZTF J1539+5027'로 알려진 두 쌍의 백색왜성을 발견했다고 발표했다. 지구에서 약 8000광년 떨어진 ZTF J1539+5027은 매우 흥미로운 백색왜성이다. 다소 낯선 단어인 백색왜성(white dwarf)은 우리의 태양같은 항성이 진화 끝에 나타나는 종착지를 말한다. 일반적으로 수명이 다한 별은 죽어가면서 물질을 우주로 방출하면서 부풀어 오르고 결국 차갑게 식으며 쪼그라드는데 이를 백색왜성이라고 한다. 우리의 태양 역시 앞으로 70억 년 후면 수소를 다 태운 뒤 바깥 껍질이 떨어져나가 행성모양의 성운을 만들고 나머지 중심 부분은 수축한 뒤 지구만한 크기의 백색왜성이 될 것으로 예상된다.ZTF J1539+5027은 둘다 지구 정도 크기로 서로 간의 거리는 불과 7만 7000㎞ 정도다. 이 정도 거리면 지구와 달의 5분의 1로 그야말로 바짝 붙어있는 셈이다. 특히나 두 별이 회전하는 속도도 너무나 빨라 단 7분이면 한바퀴 돌 수 있다. 이 때문에 죽은 두 별이 서로를 저주하며 춤을 춘다는 문학적인 표현까지 나올 정도. 　 논문의 제1 저자이자 발견자인 캘리포니아 공대 대학원생 케빈 버지는 "매일밤 ZTF를 이용해 밤하늘을 살피며 보내는데 무엇인가 사라지고 다시 깜빡이는 이상한 패턴을 발견했다"면서 "두 별이 서로의 앞을 지나는 것을 관측한 것"이라고 소감을 밝혔다. 이어 "쌍성계를 이뤘던 두 별이 결국 합쳐질 지 아니면 큰 별이 나머지를 그대로 흡수할 지는 논쟁거리로 남아있다"고 덧붙였다. 논문에 따르면 두 별 중 약간 작은 별의 표면온도는 특이하게도 4만 9982℃에 달해 태양보다 9배는 뜨겁다. 이같은 극한의 온도가 별을 더 밝게해 발견이 가능했다는 것이 연구팀의 설명이다. 　 　 이번 연구결과는 세계적인 학술지 네이처(Nature) 24일자에 발표했다　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

블랙홀에서 격렬하게 요동치며 뿜어져나오는 입자의 제트 흐름이 발견되었다. 이같이 빠른 속도로 요동치는 제트는 블랙홀의 강한 중력이 주변의 공간을 크게 왜곡하고 있기 때문이라고 천문학자들은 해석하고 있다. 백조자리 V404(V404 Cygni)라는 이름의 블랙홀은 지구에서 약 8000 광년 떨어진 곳에 위치해 있으며, 블랙홀 치고는 비교적 작은 크기로 태양의 9배에 불과하다. 쌍성계를 이루고 있는 이 블랙홀은 서로의 둘레를 공전하는 태양과 같은 동반성으로부터 물질을 빨아들이고 있는데, 블랙홀로 빨려들어가는 물질은 블랙홀 주위에 강착원반을 형성한다.　​ 블랙홀에 떨어지는 입자 중 일부는 분출하는 제트를 통해 외부로 빠져나간다. 이 제트는 블랙홀의 회전축에서 빛의 속도의 절반에 해당하는 강력한 플라즈마의 빔을 형성한다. 천문학자들은 이전에도 블랙홀 제트를 관측한 적이 있지만, 백조자리 V404의 것처럼 단 몇 분 만에 빠르게 요동치는 제트를 본 것은 이번이 처음이다. 밀러-존스와 그 동료들은 미국립과학재단(NSF)이 운영하는 초장기선 전파망원경배열인 VLBA(Very Long Baseline Array)를 사용하여 백조자리 V404를 관측했다. 1938년 밝은 빛을 발산한 이후 관측 대상이 되어온 이 블랙홀은 2015년에 발생한 최근의 폭발로 블랙홀에 대한 새로운 관심을 불러일으켰고, 그때 밀러-존스 팀이 본 연구에 위한 관측을 시작했다.연구원들이 블랙홀을 처음 관찰하고 VLBA 데이터의 이미지를 결합했을 때, 제트는 “빠르게 변하고 있었기 때문에 4시간짜리 이미지에서도 단지 흐릿한 얼룩만을 보았을 뿐”이라고 연구에 참여한 알렉스 테타렌코 하와이 동아시아 천문대원이 밝혔다.​ 천문학자들은 일반적으로 블랙홀을 관찰하기 위해 장시간 노출을 사용하지만, 이번에는 V404의 제트를 명확하게 볼 수 있도록 전략을 수정해야 했다. 그들은 70초 노출로 100개 이상의 이미지를 잡아서 애니메이션으로 결합했다. 공동저자로 이 연구에 참여한 그레그 시바코프 앨버타 대학 천문학자는 “이 천문학적인 발견은 블랙홀과 은하들이 어떻게 형성되었는가 하는 문제에 대해 우리의 이해를 심화시켰으며, 우리가 어떻게 존재하게 되었는가 하는 큰 질문에 대해 많은 시사를 던져주고 있다”고 밝혔다. 블랙홀 제트의 격렬한 춤은 앨버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 설명될 수 있다고 천문학자들은 믿고 있다. 이 이론에 의하면, 거대한 질량체는 주변의 시공간을 왜곡하는 것을 보인다. “거대 질량체가 회전할 때, 그 중력 영향은 공간과 시간을 그 주위로 끌어당기는데, 이것이 좌표계 이끌림(frame-dragging)이라 불리는 효과”라고 국립전파천문대(NRAO) 관계자는 설명한다. 입자가 블랙홀 쪽으로 빨려들어감에 따라 강착원반은 중심에 더 밀집되고 더 뜨거워진다. 원반의 중앙에는 복사 압력으로 ‘부풀어오른’ 고밀도의 도넛형 반지가 형성된다. 강착원반의 지름은 약 1000만km인 반면, 도넛은 겨우 수천km에 불과하다. 이곳이 바로 엄청난 중력에 의해 왜곡된 공간이다. 블랙홀의 스핀 축이 블랙홀의 공전면과 어긋남으로 인해 좌표계 이끌림 현상이 발생하는 것으로 보인다. NRAO 관계자는 “프레임 드래그 효과가 디스크 안쪽 부분을 휘게 만든 다음 뒤틀린 부분을 뒤쪽으로 끌어당기게 된다”면서 “제트가 내부 디스크나 블랙홀에서 발생하기 때문에 제트 방향이 바뀌어 VLBA에서 관찰된 제트 요동이 나타나는 것”이라고 설명했다. 밀러-존스 대표저자는 “아인슈타인의 일반인 상대성 이론에 의해 제트 요동이 유발된다”면서 “이 현상이 느려지면서 회전하는 꼭대기가 요동하는 것이라고 생각할 수 있다”고 밝혔다. 이처럼 백조자리 V404 제트의 격렬한 요동에 대해서는 설명할 수 있지만 아직 그 제트가 어디에서 유래되었는지는 정확히 파악하지 못하고 있다. 다른 블랙홀의 제트 역시 마찬가지다. 과학자들은 제트가 블랙홀의 강착원반 안쪽 부분이나 블랙홀 자체에서 유래할 것이라고 예측하고 있다. 그러나 제트의 기원에 관계없이 이 새 연구는 내부 강착원반의 흔들림이 “제트를 직접 분출하거나 방향을 바꾸는 데 역할을 할 수 있을 것”이라고 제안했다. 논문은 4월 20일자(현지시간) ‘네이처’ 지에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지난 1990년 4월 24일(현지시간) 우주의 심연을 들여다 보고 싶은 인류의 꿈을 담은 우주망원경 한 대가 미 항공우주국(NASA)의 디스커버리호에 실려 힘차게 날아올랐다. 다음 주면 29번째 생일을 맞는 ‘허블우주망원경’(Hubble Space Telescope)이다. 지난 18일(현지시간) NASA와 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경의 29번째 생일을 자축하는 환상적인 천체 사진을 공개했다. 매해 이맘 때 생일카드처럼 공개하는 이 사진 속 대상은 마치 모래시계같은 모습을 띤 '남쪽의 게성운'(Southern Crab Nebula)이다. 남쪽 게성운은 늦봄부터 초여름에 남쪽하늘에서 볼 수 있는 센타우루스자리에 위치에 있으며 우리와는 약 7000광년 떨어진 곳에 위치해 있다.정식명칭이 'Hen2-104'인 게성운은 그 이름처럼 몸과 다리가 마치 게처럼 생겼다. 남쪽 게성운이 이렇게 환상적인 모습을 띄는 이유는 성운 중심에 적색거성과 백색왜성이 쌍성계를 이루고 있기 때문이다. 영원할 것 같아 보이는 우리의 태양같은 별도 역시 주어진 수명이 있어 적색거성 단계를 거쳐 가스를 잃고 생을 마감하게 된다. 이후 남은 가스는 행성상 성운이라는 아름다운 가스 성운이 되고 중심에 남은 잔해는 모여 백색왜성을 이룬다. 곧 이 사진은 수명을 다한 두 별의 상호작용이 만든 작품으로 NASA 측은 '중력의 왈츠'(gravitational waltz)라는 재미있는 표현으로 묘사했다.지름 2.4m, 무게 12.2t, 길이 13m로, 지금도 지상 569㎞ 높이에서 97분 마다 지구를 돌며 먼 우주를 관측하고 있는 허블우주망원경은 대기의 간섭없이 멀고 먼 우주를 관측하기 위해 제작됐다. 허블우주망원경은 29년의 세월동안 100만 건이 넘는 관측 활동을 벌였으며 이를 통해 천문학자들은 1만 2000건 이상의 논문을 발표했다. 그간 몇 번의 수리 과정을 거치는 우여곡절을 겪었지만 허블우주망원경은 지상 천체망원경보다 10~30배의 해상도를 가진 사진을 지금도 충실히 전송해오고 있다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

은하계에 있는 수많은 별은 제각기 고유의 속도와 방향으로 이동한다. 이렇게 많은 별이 각자의 방향으로 움직이면 충돌 사고가 빈번히 일어날 것 같지만, 별 사이에는 수 광년 정도의 큰 공간이 있기 때문에 사실 은하가 충돌하는 경우에도 별이 서로 충돌하는 일은 매우 드물게 발생한다. 그런데 두 별이 아슬아슬하게 스쳐 지나가는 경우 별 주변을 공전하는 행성은 어떻게 될까? 과학자들은 이런 경우 행성의 궤도가 크게 변하거나 심한 경우 행성계에서 추방당해 떠돌이 행성이 될 수 있다고 보고 있다. 하지만 지금까지 이를 직접 관측하기는 어려웠다. 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스와 스탠퍼드 대학의 과학자들은 갓 태어난 외계 행성을 연구하던 중 다른 별에 의해 행성의 궤도가 변한 증거를 발견했다. 이들이 연구한 HD 106906은 태어난 지 1500만 년 정도 되는 쌍성계로 별의 나이로 보면 신생아에 가까운 어린 별이다. 이 별 주변에는 아직도 가스와 먼지 디스크가 존재하며 여기서 새로운 외계 행성이 태어나고 있다. 이 별에서 목성 질량의 11배 정도 되는 대형 행성인 HD 106906 b를 관측한 연구팀은 한 가지 의외의 사실을 발견했다. 이 행성의 공전 궤도가 지구-태양 거리의 738배나 될 뿐 아니라 공전 궤도 역시 21도 정도 가스 디스크와 어긋나 있던 것이다. 연구팀은 가장 가능성 높은 원인이 근처를 지나던 다른 별의 중력이라고 생각하고 수백 만년 사이 HD 106906 근처를 지났던 별 461개를 조사했다. 다행히 우리 은하의 별 13억 개의 위치와 이동 방향을 관측한 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 위성 덕분에 연구팀은 가장 유력한 용의자를 확인할 수 있었다. 연구팀에 따르면 300만 년 전 HD 106906에 근접해 다른 쌍성계(사진에서 오른쪽 사각형)가 지나갔고 이로 인해 HD 106906 b의 궤도가 타원형으로 크게 변하면서 지금의 위치로 이동했다. 과학자들은 이론적으로 이런 일이 자주 생긴다고 생각했지만, 실제 관측에 성공한 경우는 매우 드물다. 원인이 되는 별은 이미 오래전 지나갔고 멀리 떨어진 행성은 관측이 어렵기 때문이다. 이 경우 원인이 되는 별이 근처에 있었고 외계 행성도 크기가 크고 온도가 높아 관측이 상대적으로 쉬웠다. 물론 최근 관측 기술이 크게 발전한 것도 중요한 이유다. 오래 전 천문학자들은 행성의 운행은 매우 규칙적인 일로 그 궤도는 영구불변이라고 생각해왔다. 하지만 과학자들은 행성의 궤도가 다른 행성의 중력이나 충돌, 그리고 다른 별의 중력 간섭으로 얼마든지 바뀔 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 다행히 태양계는 당분간 큰 변화가 없겠지만, 태양계 역시 영원하지는 않을 것이다. 운 없게 다른 별이 근처를 지나가면서 행성의 궤도가 바뀔 수 있고 그렇지 않더라도 50억 년 후 태양이 적색거성 단계를 거쳐 죽게 되면 살아남은 행성 역시 궤도가 바뀌게 된다. 비록 우리는 이 사실을 확인할 때까지 살 수는 없지만, 과학자들은 다른 행성과 별을 연구해 태양과 태양계의 미래를 예측할 수 있다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

우리 은하에 있는 블랙홀 하나가 빛의 속도에 가깝게 회전해 주변의 우주 공간 자체를 움직이고 있는 것으로 나타났다. 국제 천문학 연구팀은 태양에서 1만3047광년 거리에 있는 쌍성계 ‘4U 1630-47’ 안에 있는 블랙홀이 방출한 X선을 분석해 이런 특징을 알아냈다고 ‘천체물리학저널’(ApJ) 최신호(2일자)에 발표했다. 인도 천문학자들이 주도한 이번 연구는 인도우주연구기구(ISRO) 관측위성 ‘애스트로사트’의 소프트X선망원경(SXT)과 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 우주망원경에 포착된 고에너지 X선 파장을 분석해 블랙홀의 특성을 확인할 수 있었다. 연구팀은 2016년부터 시작한 관측 연구를 통해 해당 블랙홀이 주변에 있는 모든 우주 공간을 빨아들일 정도로 충분히 빠르게 회전하고 있다는 것을 알아냈다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면, 블랙홀이 이렇게 빨리 회전하면 공간 자체를 회전할 수 있다. 분석에서 블랙홀의 회전 속도는 무려 빛의 속도인 초속 2억 9979만 2458m의 90% 수준이나 되는 것으로 나타났다. 덕분에 블랙홀은 주변에 있는 가스와 먼지 등의 파편을 더욱 많이 흡수할 수 있어 그 중량은 우리 태양보다 10배는 더 큰 것으로 확인됐다. 연구에 참여한 인도 타타기초연구소(TIFR)의 수딥 바타차리야 박사는 현지 언론에 “천체의 질량과 회전율은 블랙홀의 형성을 특징짓는 두 가지 특성”이라고 설명하면서 “블랙홀이 생성될 때는 중력이 작용하므로 질량은 더욱 쉽게 측정할 수 있다”고 말했다. 또한 연구를 이끈 영국 사우샘프턴대학의 마유크 파하리 박사는 “블랙홀은 특히 회전율을 측정하기가 매우 어려우므로, 정확한 상태의 쌍성계에서 고품질의 X선을 관측해야만 블랙홀이 물질을 흡수하는 것을 알 수 있다”고 설명했다. 한편 이 블랙홀은 지금까지 우리 은하에서 발견된 20개의 블랙홀 중에서 가장 빠르게 회전하는 5개의 블랙홀 중 하나로 알려졌다. 사진=블랙홀의 상상도(NASA/JPL) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

천문학자들이 독특한 사연을 지닌 쌍성계를 발견했다. 지구에서 큰개자리 방향으로 1만4000광년 떨어진 행성상 성운인 M3-1은 태양 같은 별이 죽고 남은 가스 성운으로 우주 공간으로 흩어지는 별의 잔해다. 하지만 호랑이가 죽어서 가죽을 남기듯 별 역시 그냥 사라지는 것이 아니라 중심부에 남은 물질이 뭉쳐 백색왜성 같은 새로운 천체를 만든다. 국제 천문학자 팀은 이 과정을 상세히 연구하기 위해 허블우주망원경을 이용해 M3-1을 관측했다. 그런데 관측 결과 성운 중심에 있는 별이 하나가 아니라 두 개라는 사실이 밝혀졌다. 하지만 이는 전혀 예상치 못했던 결과는 아니다. 행성상 성운 중심 쌍성계는 죽은 별이 남긴 백색왜성과 아직 살아있는 동반성으로 구성된 쌍성계로 의외로 드물지 않다. 우주에는 두 개의 별이 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계가 흔하고 형제별 가운데 하나가 먼저 죽으면 이런 이종 쌍성계가 형성되기 때문이다. 연구팀이 놀란 진짜 이유는 이 두 별이 너무 가까이 있었기 때문이다. 연구의 리더인 스페인 카나리아 천문연구소 데이빗 존스에 의하면 두 별의 공전 주기는 3시간에 불과해 사실상 거의 붙어있는 수준이다. 물론 허블우주망원경을 포함해 어떤 망원경으로도 이렇게 붙어 있는 별을 분리해 관측하는 건 불가능하다. 대신 과학자들은 주기적인 밝기 변화를 확인해 공전 주기를 계산했다. 이번 발견은 역대 가장 짧은 공전 주기를 지닌 행성상 성운 중심 쌍성계로 기록됐다. 이 발견은 단지 공전 주기가 짧은 것 이상의 의미가 있다. 너무 가까운 거리 때문에 동반성의 표면 물질은 빠른 속도로 백색왜성으로 흡수된다. 백색왜성은 매우 압축된 천체이므로 표면 중력이 극단적으로 커서 흡수된 가스는 고온 고압 상태로 압축된다. 이렇게 백색왜성의 표면에 모인 수소 가스는 어느 순간 임계점을 넘으면 강렬한 핵융합 반응을 일으키면서 폭발한다. 어두운 별이 갑자기 밝기가 100만 배 커지는 신성(nova)이 되는 것이다. 밤하늘에 갑자기 새로운 별이 보이는 신성은 오래전부터 인류의 관심을 끌었다. 과학자들은 그 정체가 사실 격렬한 핵융합 반응이라는 것을 밝혀냈지만, 아직도 풀리지 않는 미스터리가 남아 있다. M3-1은 머지않아 신성이 될 후보로 백색왜성의 진화와 신성 폭발을 연구할 좋은 기회가 될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

천문학자들이 중성자별과 한 계를 이루는 쌍성계를 사상 처음으로 포착했다. 11일(현지시간) 미국 캘리포니아공과대학(캘텍)에 따르면, 지구에서 약 9억2000만 광년 떨어진 한 나선은하의 변두리에서 발생한 특이한 초신성 폭발에 관한 관측 연구에서 이같은 발견이 이뤄졌다. 지난 2014년 10월 미국 팔로마산천문대의 관측장비 ‘iPTF’(intermediate Palomar Transient Factory)에 처음 관측돼 ‘iPTF 14gqr’로 명명된 이 초신성 폭발은 일반적인 초신성 폭발보다 짧은 기간에 희미한 빛을 내뿜었다. 캘텍이 주도한 연구팀은 단기간에 희미하게 사라진 이 초신성 폭발 속에서 한 거대한 별의 특이한 죽음을 목격했다. 이는 죽어가던 별과 매우 가까운 거리에 짝별의 존재를 시사한다. 짝별이 죽어가던 별에서 방출되는 질량을 오랜 기간에 걸쳐 흡수했기에 막상 초신성 폭발이 일어났을 때 방출된 에너지가 적어 이런 현상이 일어났을 수 있다는 것. 초신성 폭발은 우리 태양보다 질량이 8배 이상 큰 거대한 별이 중심핵의 연료를 다 썼을 때 일어난다. 그러면 별의 외층이 벗겨지고 크기가 줄어 밀도 높은 중성자별이 된다. 즉 이 초신성 폭발 속에서 새롭게 탄생한 중성자별은 짝별이 있는 ‘쌍성 중성자별’이라는 것이다. 쌍성 중성자별의 존재는 우주에서 금과 같은 중원소의 생성을 설명할 수 있어 중요하다. 쌍성 중성자별의 짝별은 보통 별이나 백색왜성 또는 다른 중성자별이며, 블랙홀을 짝별로도 둘 수 있다는 이론도 있다. 하지만 쌍성 중성자별의 경우 짝별과 너무 가까이 있어 결국 두 천체는 충돌해 굉장한 폭발 속에 병합된다. 이처럼 중성자별의 병합에서는 이른바 중력파로 알려진 시공간 구조 자체에 흔들림이 일어난다. 일반적으로 거대한 별이 초신성 폭발을 일으키면 태양 질량보다 몇 배 더 큰 물질이 파괴된다. 하지만 연구팀이 관측한 이번 초신성 폭발에서는 태양 질량의 20%밖에 방출되지 않았다. 이에 대해 연구에 참여한 만시 카슬리왈 캘텍 천문학과 조교수는 “우리는 이 거대한 별의 중심핵이 붕괴하는 모습을 봤지만, 놀랄 만큼 많은 양이 방출되는 것은 거의 보지 못했다”면서 “우리는 이를 외층이 아주 얇게 벗겨진 초신성(ultra-stripped envelope supernova)이라고 부르는 데 오래전부터 이런 천체의 존재를 예측해왔다”고 설명했다. 연구팀은 이론 모형화를 통해 이번 관측을 해석할 수 있었다. 이는 관측자들이 이번 초신성 폭발을 둘러싼 고밀도 물질의 존재를 추론할 수 있도록 했다. 연구에 참여한 미국 카네기과학연구소의 앤서니 피로 박사는 “이론과 관측을 결합함으로써 우리는 이런 놀라운 사건에 대해 훨씬 더 많은 것을 배울 수 있다”고 말했다. 자세한 연구 성과는 세계적 학술지 ‘사이언스’ 최신호(12일자)에 게재됐다. 사진=NASA/JPL-Caltech/R. Hurt 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지구에 근접하는 소행성의 궤도를 바꾸기 위해 우주선을 발사해 맞추겠다는 미국항공우주국(NASA)의 급진적인 계획이 본격적으로 추진된다. 13일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신에 따르면, NASA는 다트(DART·Double Asteroid Redirection Test)로 알려진 이 임무를 오는 2020년까지 완수하기로 했다. 지난달 16일 NASA의 승인으로 최종 설계와 제작 단계로 넘어가게 된 다트는 우주선을 발사해 쌍성계 소행성 디디모스의 궤도를 조금이라도 바꾸는 것이 목표다. 디디모스는 한 쌍으로 된 소행성으로, 지름 780m의 디디모스A와 지름 160m의 디디모스B로 구분된다. 이 중 디디모스B가 디디모스A를 공전하고 있어 디디문이라는 애칭으로도 불린다. 과학자들이 이런 소행성에 충돌 시험을 하기로 한 이유는 시험을 진행해도 지구에 위협이 되지 않는다고 판단되기 때문이다. 또 이를 통해 언젠가 지구를 진짜로 위험에 빠뜨릴 수 있는 소행성을 이런 방법으로 비껴가게 할 수 있는지를 확인하는 것이다. 다트는 NASA와 함께 미국 명문 존스홉킨스대 산하 응용물리학연구소(APL)가 주도적으로 설계·제작·관리하게 된다. APL의 프로젝트 책임자 앤드루 쳉 박사는 “다트와 함께 우리는 소행성들의 특징을 이해하길 원한다. 디디문에 다트를 충돌했을 때 어떤 결과가 일어나는지 조사해서 만일 실제로 지구에 다가오는 소행성을 빗겨가게 해야만 하는 상황이 생기면 이 지식을 적용할 것”이라고 말했다. 또 “게다가 다트는 지구근접소행성 중에서도 중요하고 아직 완전히 이해되지 않은 쌍성계 소행성을 처음으로 방문하는 계획이 될 것”이라고 덧붙였다. 다트는 소행성의 궤도를 바꾸기 위해 ‘운동 충격 기술’(kinetic impactor technique)을 사용한다. 이 충격으로는 위협적인 소행성의 속도를 조금밖에 바꾸지 못할 것이다. 하지만 예측된 충돌 이전에 이를 시행하면 시간이 지남에 따라 소행성의 이동 경로는 크게 변해 지구에서 충분히 벗어날 수 있다. 다트는 유럽우주국(ESA)이 주도로 하는 아임(Aim·Asteroid Impact Mission) 임무와 함께 미국과 유럽이 공동으로 추진하는 대규모 프로젝트 아이다(Aida·Asteroid Deflection & Assessment)의 일부분이다. 다트에 이어 2년 뒤 발사 예정인 아임은 디디문에 도달해 질량과 밀도 등 성질을 측정한 뒤 작은 착륙선을 보내 내부 구조를 조사할 계획이다. 유럽우주국(ESA)의 수석연구원인 패트릭 미셸 박사는 지난 2015년 당시 “지구를 잠재적인 위험으로부터 지키려면 소행성의 구조와 기원, 그리고 충돌에 관한 대응 법을 훨씬 더 잘 이해할 필요가 있다”고 말했다. 또한 “아이다는 쌍성계 소행성을 연구하는 첫 번째 임무이자 우주선이 충돌해 소행성의 방향을 바꿀 수 있는지 시험하는 첫 번째 임무가 될 것”이라면서 “이 임무에서 유럽이 맡은 부분은 디디문의 구조와 쌍성계의 궤도와 회전을 연구해 그 기원과 진화의 실마리를 제공하는 것”이라고 설명했다. 한편 디디모스는 2년마다 지구에 근접하는 데, 가장 가까웠던 시기는 지난 2003년으로 당시 거리는 약 718만㎞였다. 이는 지구에서 달까지 거리보다 약 18배 먼 거리다. 사진=ESA(위), NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

검은 과부거미(black widow spider)는 짝짓기 이후 암컷이 수컷을 잡아먹기 때문에 이같은 명칭이 붙었다. 그런데 천문학자들도 동반성을 흡수하는 중성자별에 같은 이름을 붙였다. 블랙 위도우 펄서(black widow neutron star/pulsar)는 강력한 중력으로 동반성을 흡수해 몸집을 키운다. 중성자별은 초신성 폭발 후에 남은 잔해가 뭉쳐서 형성되는 천체로 전체가 중성자로 구성된 하나의 원자핵이나 마찬가지다. 작은 크기에도 불구하고 질량은 태양보다 커서 그 표면 중력은 빛의 속도로만 겨우 탈출할 수 있는 수준이다. 만약 이보다 더 질량이 커지면 그때는 빛조차도 빠져나오지 못하는 블랙홀이 된다. 보통 중성자별은 초신성 폭발의 결과로 생성된다. 그런데 동반성을 가진 초신성이 초신성 폭발 이후에도 동반성을 계속 거느리고 서로의 주위를 공전하는 경우가 있다. 일반적인 별과 중성자별의 쌍성계는 거리가 먼 경우 안정적으로 유지되지만, 만약 거리가 가까운 편이면 중성자별의 중력이 작용해 동반성이 흡수되는 운명에 처한다. 이는 이론적으로는 쉽게 예측할 수 있으나 중성자별이 대부분 멀리 떨어져 있어 그 구체적인 모습은 알기 어려웠다. 캐나다 토론토 대학의 로버트 마인과 동료 과학자들은 작년에 푸에르토리코에 있는 아레시보 전파 망원경으로 지구에서 6500광년 떨어진 중성자별인 'PSR B1957+20'를 관측했다. 이 중성자별은 초당 600회라는 엄청난 속도로 회전하고 있어 밀리세컨드 펄서로 분류된다. 그런데 이 중성자별에서 매우 가까운 거리에는 태양 지름의 1/3 정도 되는 갈색왜성(brown dwarf)이 존재한다. 갈색왜성은 목성 질량의 13배에서 80배 사이의 천체로 행성과 달리 핵융합 반응을 일으킬 수 있으나 안정적인 핵융합 반응을 유지할 수 없어 흔히 실패한 별로 불린다. 연구팀은 역대 최고 분해능인 20km로 이 쌍성계를 관측하는 데 성공했다. 이는 명왕성에서 지구 표면에 벼룩을 관측한 것과 비교할 수 있는 수준으로 중성자별 관측 사상 가장 정밀한 관측이다. 관측 결과 중성자별과 갈색왜성 간의 거리는 200만km에 불과했다. 이는 지구 달 거리의 5배 정도로 중성자별의 강력한 중력과 방사선을 생각하면 대단히 가까운 것이다. 일반적인 갈색왜성의 온도는 낮지만, 이 갈색왜성은 중성자별에서 나오는 강력한 방사선의 영향으로 표면 온도가 태양과 비슷한 섭씨 6000도에 달한다. 이로 인해 표면 물질이 증발해 마치 혜성의 꼬리 같은 구조물을 만들고 있다. 그리고 이렇게 증발한 물질이 중성자별의 강력한 중력에 의해 흡수되는 것이다. 아마도 이 갈색왜성은 과거에는 지금보다 크기가 더 컸을 것이며 어쩌면 평범한 별이었는데 갈색왜성으로 크기가 감소했을 가능성도 있다. 물론 과거사와 관계없이 이 갈색왜성의 운명은 중성자별로 흡수되는 것이다. 연구팀은 이번 관측을 통해 이론적으로 예측되었던 사실을 다시 확인했을 뿐 아니라 지금까지 정확히 원인을 몰랐던 여러 가지 현상에 대한 단서를 얻었다. 하지만 과학자들은 당연히 여기에서 만족하지 않고 앞으로 더 정밀한 관측을 통해 우주의 비밀을 풀어나갈 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

태양 같은 별의 마지막은 갖고 있던 가스를 우주 공간으로 방출하고 중심부에 있던 물질이 뭉쳐 작고 조밀한 천체인 백색왜성이 되는 것이다. 이 과정은 별의 전체 일생보다 매우 짧은 시간 동안 발생하지만, 이 시기가 별의 생애에서 가장 아름다운 순간이 될 수 있다. 주변으로 퍼진 가스가 독특한 모양과 색으로 빛나는 행성상 성운을 만들기 때문이다. 각양각색의 행성상 성운은 천문학자는 물론 일반 천문 애호가들 사이에서도 인기가 높다. 하지만 행성상 성운의 가치는 단지 아름답다는데 그치지 않는다. 별이 마지막 순간에 우주로 방출하는 가스에는 다음 세대의 별과 행성을 만들 다양한 물질이 담겨 있다. 따라서 이 과정을 이해하는 것은 별의 마지막 순간을 파악하는 것은 물론 은하와 별의 진화를 이해하는 데 중요하다. 최근 유럽우주국(ESO)의 허셜 우주망원경은 지구에서 8000광년 떨어진 거리에 있는 ‘개미 성운’(Ant Nebula, Menzel 3)에서 매우 독특한 파장의 빛을 검출했다. 이를 분석한 국제 천문학자 팀에 따르면 이는 수소 재조합 레이저 방출 (hydrogen recombination laser emission)이라는 매우 드문 현상으로 자연적으로 생기는 레이저 방출이다. 특정 파장의 빛이 자연적으로 증폭돼 레이저 형태로 방출되는 현상은 가끔 행성상 성운에서 발견할 수 있지만, 여러 가지 조건이 우연히 일치해야 가능하다. 따라서 반대로 이를 확인하면 보통은 관측이 어려운 행성상 성운 내부의 상태를 파악할 수 있다. 연구팀은 개미 성운 내부에 있는 백색왜성 주변에 성운의 다른 부위보다 몇천 배 높은 밀도의 가스 원반이 있을 것으로 추정했다. 가장 가능성이 큰 설명은 두 개의 별이 쌍성계를 이루고 있는데 먼저 죽은 동반성이 백색왜성의 형태로 공전하고 있다가 다른 동반성이 가스를 방출할 때 중력을 통해 영향력을 행사한다는 것이다. 개미처럼 생긴 독특한 성운의 모습 역시 동반성이 있다고 가정하면 쉽게 설명할 수 있다. 비록 쌍성계의 모습 자체는 가스에 가려 보이지 않지만, 과학자들은 이론적 모델과 관측 결과를 비교해 내부의 모습을 파악할 수 있다. 레이저를 방출하는 개미 성운은 우주에 독특한 천체가 얼마나 많은지 보여주는 사례 가운데 하나다. 물론 아직 밝혀지지 않은 비밀을 간직한 행성상 성운도 여럿 존재한다. 이들이 지닌 비밀 역시 과학 앞에 하나씩 모습을 드러낼 것이다. 사진=NASA, ESA & the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

우주에는 두 개의 별이 서로의 주변을 공전하는 쌍성계가 흔하다. 그리고 쌍성계에도 다양한 행성이 존재할 수 있다. 과거 과학자들은 영화 '스타워즈'에 등장한 타투인 행성처럼 태양이 두 개인 행성이 드물다고 생각했지만, 최근 연구 결과는 쌍성계 주변 행성이 생각보다 드물지 않다는 사실이 확인됐다. 과학자들은 쌍성계 주변 행성이 어떻게 생성되고 안정적으로 두 개의 별 주위를 공전하는지 연구 중이다. 네덜란드 레이던 대학의 연구팀은 지구에서 600광년 떨어진 CS 차(Cha) 쌍성계 주변에서 거대 행성이 생성되는 장면을 포착했다. 이 쌍성계는 이제 막 태어난 아기별로 주변에는 아직 가스와 먼지 원반이 존재한다. 이 원반 중심에 지구 태양 거리의 30배 지름의 빈 공간이 있고 여기 CS 차 쌍성계가 공전하고 있다. 연구팀은 칠레의 고산지대에 있는 VLT 망원경에 설치된 특수 장비로 이 쌍성계 주변을 관측해 지구 태양 거리의 214배 정도 되는 거리에 있는 천체를 발견했다. 이 천체는 별이 아니라 목성보다 질량이 큰 거대 행성인 슈퍼 목성이나 혹은 별과 행성의 중간 단계인 갈색왜성인 것으로 보인다. 연구팀은 과거 허블 우주망원경과 VLT 관측 데이터를 다시 확인해 이 천체의 희미한 흔적을 찾아냈다. 그리고 그 궤도를 분석해 이 천체가 우연히 주변을 지나가던 것이 아니라 실제로 쌍성계 주변을 공전하고 있다는 사실을 확인했다. 흥미로운 사실은 이 천체 역시 주변에 상당히 큰 디스크를 지니고 있어 미래에 목성이나 토성보다 더 복잡하고 거대한 위성 시스템을 지닐 가능성이 높다는 점이다. 만약 이 천체가 슈퍼 목성형 거대 행성이라면 쌍성계 주변 행성과 위성의 생성을 동시에 포착한 셈이다. 현재까지 외계 위성의 정보가 매우 부족한 점을 생각하면 상당히 흥미로운 발견이다. 다만 이 동반 천체의 더 정보를 알기 위해서는 더 높은 성능을 지닌 차세대 망원경의 힘이 필요하다. CS 차 시스템은 앞으로 발사될 제임스 웹 우주 망원경과 다른 차세대 망원경의 흥미로운 관측 목표가 될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

“단성계보다 중력 강해 소행성 방출”지난해 10월 ‘외계에서 온 첫 손님’으로 화제가 된 소행성에 대한 새로운 연구 결과가 나왔다. 최근 캐나다 토론토대학 스카버러 캠퍼스 연구팀은 소행성 ‘오무아무아’가 태양계 밖 쌍성계에서 왔을 가능성이 높다는 논문을 발표했다. 하와이말로 ‘제일 먼저 온 메신저’를 뜻하는 오무아무아는 길이가 400m 정도인 소행성으로 마치 시가처럼 길쭉하게 생긴 특이한 외형을 가진 것이 특징이다. 지난해 10월 처음으로 천체망원경에 포착됐는데, 당시 오무아무아는 베가성 방향에서 시속 9만 2000㎞의 빠른 속도로 날아와 태양계를 곡선을 그리며 방문한 후 페가수스 자리 방향으로 날아갔다. 전문가들이 이 소행성을 ‘외계 방문자’로 지목한 이유는 그 움직임이 일반적인 태양계의 소행성 궤도로는 설명할 수 없기 때문이다. 당시 하와이대학 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)으로 오무아무아의 움직임을 관측해 첫 번째 지구를 찾아온 인터스텔라(성간) 천체로 규정했다. 정식 명칭은 ‘1I/2017 U1’로, 이름에 붙은 ‘1I’의 의미도 첫 번째 인터스텔라라는 뜻이다. 오무아무아가 지구와 최근접한 것은 지난해 10월 14일로 당시 거리는 2400만㎞다. 이후 전 세계 과학자들이 오무아무아에 대한 연구를 진행해 최근 들어 하나 둘 씩 성과물을 꺼내 놓기 시작했다. 이번에 토론토대학은 컴퓨터 모델링을 통해 오무아무아가 쌍성계에서 왔다는 주장을 내놨다. 쌍성계는 태양이 두 개 뜨는 곳으로 영화 ‘스타워즈’의 주인공 루크 스카이워커가 살던 고향 같은 곳이다. 논문의 선임저자인 앨런 잭슨 박사는 “태양계와 같은 단성계보다 쌍성계는 더 강한 중력으로 보다 많은 소행성들을 성간으로 방출할 수 있다”면서 “다만 오무아무아가 어디 출신인지, 얼마나 오랫동안 심우주를 이동하고 있는지는 알 수 없다”고 설명했다. 이어 “태양계 밖에서 온 천체를, 그것도 소행성을 관측했다는 것 자체가 매우 획기적인 일”이라면서 “꼬리를 남기는 혜성에 비해 소행성은 관측하기가 쉽지 않다”고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난해 10월 '외계에서 온 첫 손님'으로 화제가 된 소행성에 대한 새로운 연구결과가 나왔다. 최근 캐나다 토론토 대학 스카버러 캠퍼스 연구팀은 소행성 ‘오무아무아’가 태양계 밖 쌍성계에서 왔을 가능성이 높다는 논문을 발표했다. 하와이말로 '제일 먼저 온 메신저'를 뜻하는 오무아무아(Oumuamua)는 길이가 400m 정도인 소행성으로 마치 시가처럼 길쭉하게 생긴 특이한 외형을 가진 것이 특징이다. 지난해 10월 처음으로 천체망원경에 포착됐는데 당시 오무아무아는 베가(Vega)성 방향에서 시속 9만 2000㎞의 빠른 속도로 날아와 태양계를 곡선을 그리며 방문한 후 페가수스 자리 방향으로 날아갔다. 전문가들이 이 소행성을 ‘외계 방문자’로 지목한 이유는 그 움직임이 일반적인 태양계의 소행성 궤도로는 설명할 수 없었기 때문이다. 당시 미국 하와이 대학 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)으로 오무아무아의 움직임을 관측해 첫번째 지구를 찾아온 인터스텔라(interstellar·성간) 천체로 규정했다. 정식명칭은 ‘1I/2017 U1'로 이름에 붙은 ‘1I’의 의미도 첫번째 인터스텔라(interstellar)라는 뜻이다. 오무아무아가 지구와 최근접한 것은 지난해 10월 14일로 당시 거리는 2400만㎞다. 이후 전세계 과학자들은 오무아무아에 대한 연구를 진행해 최근들어 하나 둘 씩 그 성과를 꺼내놓기 시작했다. 이번에 토론토 대학은 컴퓨터 모델링 작업을 통해 오무아무아가 쌍성계에서 왔을 것이라는 주장을 내놨다. 쌍성계는 한마디로 태양이 두개인 곳으로 의외로 우주에 흔하디 흔하다. 우리은하에도 쌍성계가 50% 정도 될 것이라는 추측이 있을 정도다. 연구팀은 태양계와 같은 단성계보다 쌍성계는 더 강한 중력으로 보다 많은 소행성들을 성간으로 방출될 수 있다는 점을 강조했다. 논문의 선임저자인 알란 잭슨 박사는 "태양계 밖에서 온 천체를, 그것도 소행성을 관측했다는 것 자체가 매우 획기적인 일"이라면서 "꼬리를 남기는 혜성에 비해 소행성은 관측하기가 쉽지 않다"고 설명했다. 이어 "오무아무아가 어디 출신인지, 얼마나 오랫동안 심우주를 이동하고 있는지는 알 수 없다"면서 "다만 우주 어딘가 쌍성계에서 행성이 형성될 당시 떨어져 나온 것으로 보인다"고 덧붙였다. 　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

2017년은 펄서(pulsar·pulsating radio star)가 최초로 발견된 지 50년째가 되는 해이다. 지금까지 발견된 펄서의 수는 약 2,600개에 이른다. 물론 거의 우리은하 내에 있는 것들이다. 과학자들은 펄서를 이용해 저주파 중력파를 탐지하여 우리은하의 구조를 연구하고 일반상대성 이론을 검증하기도 한다. 펄서 발견 50주년을 맞아 호주 연방과학산업연구기구(CSIRO) 소속의 조지 홉스 등 과학자들이 기고한 칼럼이 지난달 29일자 스페이스닷컴에 발표되었다. 이 기구에서 운용하는 파크스 전파망원경은 현재까지 발견된 펄서의 거의 절반을 발견하는 개가를 올렸다. 펄서란 과연 어떤 천체이며, 펄서의 발견이 천문학사에서 어떤 의미가 있을까? 펄서 발견 50주년을 기념하는 이들의 칼럼을 요약해 소개한다. 박사과정 여학생이 최초로 발견했다 맥동전파원(脈動電波源)으로 불리는 펄서는 회전하는 작은 별이다. 놀랍게도 성분이 모두 중성자로 이루어진 천체로, 보통의 항성이 폭발로 생을 마감한 후 뒤에 남겨지는 속고갱이 같은 별이다. 중성자별의 밀도는 성냥갑 하나 부피의 물질이 무려 5조 톤에 달한다. 그러나 지름은 겨우 30km 정도로, 초당 수백 회에 이르는 회전을 하면서 라디오파나 X-선 빔을 우주공간으로 쏘아댄다. 이 빔이 지구 쪽으로 향하면 우리는 비로소 펄서 존재를 확인할 수 있는 것이다. ​ 1967년 중반, 사람들이 한창 여름휴가를 즐기고 있을 때 영국 케임브리지 대학의 박사과정에 있는 젊은 여학생은 전파망원경 제작에 땀을 흘리고 있었다. 천문학자들이 다이폴 어레이(dipole array)라 하는 쌍극자 안테나를 가리키는데, 이 안테나가 차지하는 영역은 약 2헥타르로, 정구장 57개에 해당하는 면적이다. 전파망원경은 7월에 완성되었다. 24살의 조슬린 벨 학생(지금은 조슬린 벨 경이다)은 전파망원경의 운용과 함께 망원경이 생산하는 데이터를 분석하는 작업을 맡았다. 데이터는 펜으로 종이 위에 그리는 그래프 같은 형식으로 출력되었는데, 이 같은 그래프가 하루에 거의 30m는 쏟아져나왔다. 조슬린은 이 데이터를 눈으로 분석했다. 그래프 위에 나타난 기묘한 ‘꺾임’(cruff)은 이렇게 눈으로 발견된 것이었다. 그러나 이 발견은 그냥 스쳐지나갔다. 다른 발견들이 보통 그렇듯이 이 발견의 진가가 드러나는 데는 시간이 걸렸다. 1967년 11월 28일, 소슬린과 그녀의 지도교수 앤터니 휴이시는 기묘한 시그널을 보여주는 데이터를 하나 잡았다. 조슬린은 비로소 그 ‘꺾임’이 3분의 1초에 한 번씩 일어나는 일련의 펄스라는 사실을 알아챌 수 있었다. 이로써 조슬린과 휴이시는 펄서를 발견했던 것이다. 조슬린은 다른 세 개의 펄스 원을 더 찾아냈다. 이것은 외계 문명의 ‘작은 녹색 사람들’로부터 보내진 신호라는, 다소 이색적인 해석을 물리치는 데 도움이 되었다. 펄서의 발견에 관한 논문은 1968년 2월 24일 ‘네이처’지에 발표되었다. 나중에 펄서의 발견에 대해 수여된 1974년의 노벨 물리학상 수상자에 휴이시와 동료 마틴 라일이 선정되었지만 최초의 발견자인 조슬린 벨은 포함되지 않았다. 이것은 뒤에 노벨상이 가장 불공정하게 수여된 것이라는 비판을 받는 등, 두고두고 많은 논란을 불러일으켰다. '펄서, 과연 어떤 천체인가?' 그렇다면 과연 펄서란 무엇이며, 어떻게 작동하는 걸까? 과연 펄서도 일반적인 항성이라 할 수 있을까? 그러나 아직까지 펄서에 대해서는 밝혀진 것보다 밝혀지지 않은 것이 더 많을 만큼 불가사이한 존재다. 초고속, 또는 초저속으로 회전하는 고밀도의 펄서는 물질이 고밀도 상태에서 어떤 구조를 하고 있는가에 대한 비밀을 품고 있다. 이러한 극단적인 경우를 찾기 위해 우리는 많은 펄서를 찾아야 할 필요가 있다. 펄서는 대체로 쌍성계를 이루며 서로의 둘레를 공전하는데, 이 동반성의 본질은 우리가 펄서의 형성 내역을 이해하는 데 도움이 된다. 우리는 펄서가 무엇으로 이루어져 있으며, 어떻게 작동하는가에 대해 제법 많은 진척을 이루었지만, 그래도 펄서는 여전히 신비에 감싸인 존재라고 할 수 있다. 펄서를 연구하는 과학자들은 펄서의 실용적인 용도를 찾아내기도 한다. 예컨대 펄서의 맥동 타이밍은 전 우주의 저주파 중력파를 감지하는 방법으로 추진되고 있으며, 또한 우주에서 물질의 밀도가 높은 영역을 통과 할 때 펄스 신호가 변경되는 방식을 살펴봄으로써 우리은하의 구조를 측정하는 데 사용되기도 한다. 펄서는 또한 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 테스트 할 수있는 가장 훌륭한 도구 중 하나이기도 하다. 상대성 이론은 천문학자들이 할 수있는 가장 정교한 검증을 모두 통과하여 100년 이상 건재를 과시하고 있다. 그러나 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 가장 성공적인 이론인 양자역학과는 아귀가 잘 맞지 않는다. 과학자들은 그래서 상대성 이론의 작은 결점이라도 찾아내기 위해 분투하고 있는 중이다. 펄서는 이 문제를 풀 수 있도록 도움을 줄 수 있다고 과학자들은 믿고 있다. 지금도 천문학자들에게 날밤을 새게 하는 것은 블랙홀 주변의 궤도에서 펄서를 찾아내고자 하는 열망이다. 이것은 일반 상대성 이론을 검증할 수 있는 가장 이상적인 시스템이기 때문이다. 어쨌든 펄서의 발견은 우주에 대한 인류의 이해를 크게 바꾸었으며, 그 진정한 중요성은 여전히 미지인 채로 펼쳐져 있다고 할 수 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

지구에서 멀리 떨어진 외계 행성의 밤하늘에도 달이 뜰까? 과학자들은 그럴 가능성이 크다고 생각한다. 태양계의 사례를 보더라도 위성이 있는 행성이 없는 행성보다 더 흔하기 때문이다. 이미 발견된 외계 행성만 수천 개에 달하고 우리 은하계에만 수천억 개 이상의 외계 행성이 있을 것으로 추정된다는 점을 생각하면 위성을 거느린 외계 행성이 드물다는 가정이 더 이상하다. 하지만 외계 달 (Exomoon)을 실제로 입증하는 일은 매우 어렵다. 외계 행성을 직접 관측하는 일은 흔히 서치라이트나 등대 옆에 있는 반딧불 찾기로 비유된다. 스스로 빛을 내지 않는 작은 행성은 별보다 보통 수억 배 이상 어둡기 때문이다. 외계 달은 당연히 이보다 훨씬 작고 어두워서 반딧불 옆에 있는 먼지 찾기나 다른 바 없다. 따라서 이미 수많은 외계 행성을 찾아낸 과학자들도 외계 달을 입증하는 데는 대부분 실패했다. 하지만 가능성이 없는 것은 아니다. 외계 행성 가운데는 목성보다 훨씬 큰 대형 행성이 존재하므로 그 주변에는 태양계의 행성처럼 큰 위성이 존재할 수 있다. 막스 플랑크 연구소의 과학자들은 케플러 우주 망원경 데이터를 이용해서 외계 행성 케플러 1625 b-i (Kepler 1625 b-i)를 연구했다. 연구팀은 이 행성이 어쩌면 두 개의 행성으로 구성된 쌍성계이거나 혹은 위성을 거느린 행성일지 모른다는 연구 결과를 발표했다. 이 동반 천체는 지구보다 크거나 토성보다 작은 크기로 가장 가능성 있는 해석은 거대 행성 주변에 해왕성 크기의 더 작은 천체가 공전하고 있다는 것이다. 지구의 경우에도 자신의 지름이 1/4 수준인 달을 거느리고 있으므로 목성보다 큰 행성이라면 해왕성 크기의 위성을 거느려도 이상할 것은 없다. 만약 이 주장이 옳다면 태양계에는 없는 거대 가스 위성을 거느린 행성이 있는 셈이므로 흥미로운 연구 결과다. 이는 외계 태양계의 위성 생성 과정이 태양계와 다를 수 있다는 점을 시사한다. 이외에도 과학자들은 떠돌이 행성인 MOA-2011-BLG-262를 비롯한 몇 개의 행성에서 외계 달의 후보를 발견했다. 하지만 워낙 어둡기 때문에 외계 달의 존재를 확실히 증명하기 위해서는 더 강력한 망원경의 힘이 필요하다. 앞으로 발사될 제임스 웹 우주 망원경과 지상에 건설 중인 거대 망원경이 그 해답을 줄 것으로 기대된다. 외계 달이 있을 경우 생각할 수 있는 중요한 가능성 가운데 하나는 생명체가 살 수 있는 위성이다. 만약 지구와 비슷한 크기의 외계 달이 있고 모성과 적당한 거리에 위치했다면 액체 상태의 물과 대기가 존재할 가능성이 있기 때문이다. 지구의 달에는 토끼가 살지 않지만, 어쩌면 저 멀리 외계 달에는 외계인이 있을지도 모른다. 그 답을 찾기 위해 앞으로 계속해서 연구가 필요하다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

미국을 포함해 6개 나라 천문학자로 구성된 국제 연구팀이 580년 전 조선 천문학자들이 남긴 기록을 바탕으로 신성의 기원과 진화 과정을 규명하는 데 성공했다. 서양 과학자들이 동양의 역사문헌에 나타난 옛 기록을 바탕으로 천문 현상의 기원을 규명한 것은 매우 이례적이다. 영국 데일리메일이 지난 30일(현지시간) 보도한 내용에 따르면 미국 자연사박물관과 영국 리버풀존무어대, 폴란드 과학아카데미 등이 참여한 국제연구진은 작년에 관측한 별이 세종실록에 기술된 객성(客星·손님별)'과 동일한 별임을 확인하고, 관측기록을 통해 이 별에서 '신성'(新星·nova) 현상 등이 일어났음을 찾아냈다.​ 신성이란 폭발변광성의 하나로, 잘 보이지 않던 어두운 별이 갑자기 밝아져 수일 내에 빛의 밝기가 수천 배에서 수만 배에 이르는 별을 말한다. 연구진은 1934년, 1935년, 1942년에는 이 별이 왜소신성 현상을 일으켰다는 사실도 확인했다. 그간 신성 폭발이 일어나고 다음 신성 폭발이 일어나기까지 별이 어떤 상태를 지나는지 알지 못했는데, 이 사이에 왜소신성이 수차례 발생한다는 것을 최초로 확인한 것이다. 지난해 6월 연구진은 전갈자리에 있는 한 별을 둘러싼 가스 구름을 관측했다. 또 이 별에 대한 1919∼1951년의 관측 기록을 미국 하버드대에서 찾았다. 연구진은 이 기록들을 바탕으로 별이 움직인 방향과 속도를 계산한 결과, 조선의 천문학자들이 1437년 세종실록에 기술한 별과 동일한 것임을 확인했다. ​1437년(세종 19년) 3월 11일 조선의 천문학자들이 우리은하에서 ‘객성’ 하나가 출현한 것을 관측했다. 여러 세기가 흐른 현재, 과학자들은 그 객성이 사실 동반별로부터 물질을 흡수한 백색왜성이 마침내 중력붕괴로 폭발하는 이른바 ‘신성 폭발’이라는 사실을 발견했다. 백색왜성은 거대한 별이 죽은 후 남기는 고밀도의 별로 엄청난 중력을 갖고 있는데, 그 중력으로 가까운 동반별의 물질을 끌어당겨 자신의 표면 위로 차곡차곡 쌓아가다가 이윽코 한계질량에 이르면 폭발로 표피층을 날려버리는 유형의 별이다. 이때 내뿜는 초신성 빛의 강도는 엄청난데, 조선의 천문학자들이 발견한 신성의 밝기는 태양의 30만 배에 이르는 것으로 추정된다. 당시 ‘신성 출현’은 전갈자리에서 나타난 것으로, 국립 천문대인 관상감 학자들이 발견해 세종실록 76권에 “객성(客星·손님별)이 처음에 미성(尾星)의 둘째 별과 셋째 별 사이에 나타났는데, 셋째 별에 가깝기가 반 자 간격쯤 되었다. 무릇 14일 동안이나 나타났다”(세종 19년 2월 5일/1437년 3월 11일)고 기록되어 있다. 이 기록에 나타난 '객성'은 '신성' 현상을 가리킨다. 객성은 밝게 빛나다가 차츰 어두워지더니 14일 후에는 사라졌다. 초신성 폭발의 잔해는 백색왜성의 주위로 거대한 행성상 성운을 이루고 있지만 맨눈으로는 보이지 않는다. 이번 연구를 이끌고 있는 미국자연사박물관의 마이클 새러 박사는 이 신성은 2500년에 이르는 한국과 중국, 일본의 천체관측 기록들 중 최초로 확인된 사례라고 밝혔다. 백색왜성을 동반별로 갖고 있는 쌍성계에서 일어나는 신성 폭발은 백색왜성은 지구만한 크기이지만 태양 질량에 맞먹는 엄청난 질량이 응축된 별로, 근처에 동반성을 갖고 있을 경우 그 별의 물질을 빨아들여 수천 년의 주기로 반복적인 신성 폭발을 일으키게 된다. 또한 신성폭발 주기 사이에는 신성보다 폭발 규모가 작은 ‘왜소신성’(dwarf nova) 현상도 있다.현재 전갈자리 신성은 왜소신성 상태에 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우리 은하에서 가장 빠르게 나는 별은 작은 이웃 은하를 탈출한 도망자라는 사실이 새 연구에서 밝혀졌다. 우리 은하에서 ‘초고속도’ 별로 알려진 1만개 가량의 별들은 모두 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란 은하에서 태어난 별들이라고 과학자들은 생각하고 있다. 이들 별은 처음에는 서로를 공전하는 쌍성계의 한쪽 별이었다. 그러나 폭발적인 분열로 인해 서로를 묶고 있던 중력이 끊겼으며, 그 속도로 자신들의 고향 은하를 탈출해 우리 은하로 틈입하게 되었다고 새 연구는 설명하고 있다. 영국 케임브리지 대학의 연구자들은 슬로언 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey)의 데이터를 이용해 은하 간을 여행하는 이 초고속도 별이 동반성의 폭발로 얼마만한 추진력을 얻어야 대마젤란 은하를 탈출할 있는지 컴퓨터 시뮬레이션으로 연구를 진행했다. 우리 은하에서 이런 초고속도 별을 직접적으로 관측할 수 있는 숫자는 20개 정도밖엔 안된다. 그러나 연구자들은 이런 별이 적어도 수천 개는 될 거라고 예상하고 있다. 천문학자들은 이미 오래 전 우리 은하 중심에 있는 초질량 블랙홀을 지나치면서 엄청난 중력 도움을 받은 초고속도 별들이 결국엔 우리 은하의 중력 사슬을 끊고 탈출할 거라는 예측을 내놓았다. 그리고 어떤 초고속도 별들은 초신성 폭발로 추동력을 얻었을 것이라는 연구결과도 발표된 적이 있다. 케임브리지대 천문학연구소 박사과정의 더글러스 바우버트 논문 대표저자는 “초고속도 별의 기원에 대한 초기 연구들은 미흡한 점이 많이 보인다”면서 “초고속도 별은 대부분 사자자리와 육분의자리에서 발견되는데, 그 이유는 아직까지 확실히 밝혀지지 않았다”고 말했다. 연구자들은 아마도 대마젤란 은하의 운동에 그 원인이 있지 않을까 추측하고 있다. 한때 대마젤란 성운으로 불리기도 했던 이 은하는 현재 시속 144만km라는 맹렬한 속도로 우리 은하에 접근하고 있는 중이다. 초고속도 별들은 이 달리는 열차에서 뛰어내린 별들일 거라고 연구자들은 생각하고 있다. 또한 대마젤란 은하를 탈출한 수천 개의 별들이 우리 은하로 유입되고 있을 뿐만 아니라, 수백만을 헤아리는 도망자 중성자별, 블랙홀까지 우리은하 속으로 유입되었을 것으로 연구자들은 생각하고 있다. 바우버트 대표저자는 “우리는 곧 이 같은 사실을 확인할 수 있을 것”이라면서 “유럽우주국의 가이아 위성이 내년에 수십억 개의 별에 관한 데이터를 보내올 예정인데, 그 속에는 북반구의 사자자리와 육분의자리를 가로지르는 초고속도 별들의 궤적이 포함되어 있을 것”이라고 밝혔다. 이 연구결과는 ‘왕립천문학회 월례보고’에 게재될 예정이며, 7일 잉글랜드 헐에서 열리는 국립천문학회에서 발표된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com