지구 같은 행성은 아기별 주변의 가스와 먼지의 디스크인 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)에서 생성된다. 이는 오래전에는 이론적으로만 추정되었고, 이제는 실제 관측을 통해서 증명되고 있다. 과학자들은 실제 아기별 주변의 원시 행성계 원반을 관측해 행성의 생성 과정은 물론 생명체 탄생에 필요한 물질을 충분히 가졌는지 검증하고 있다. 지구에서 대략 170광년 떨어진 바다뱀자리 TW(TW Hydrae)는 여러 개의 아기별이 태어나는 장소로 과학적으로 중요한 관측 목표이다. 이미 여기서 지구-태양 거리에서 형성되는 행성의 증거가 발견되었을 뿐 아니라 최근에는 유기물의 증거도 발견되었다. 네덜란드 레이던 관측소의 천문학자 캐서린 왈쉬(Catherine Walsh)와 그녀의 동료들은 세계 최대의 전파 망원경인 알마(ALMA)를 이용해서 바다뱀자리 TW에 있는 아기별을 관측했다. 그리고 여기에 있는 원시 행성계 원반에서 메탄올(CH3OH)의 존재를 증명했다. 메탄올 자체는 생명의 증거라기보다는 보통 독성 물질로 생각되지만, 사실 아미노산같이 더 복잡한 유기물을 만드는 기본 재료가 될 수 있다. 이런 물질이 원시 행성계 원반에 존재한다는 사실은 이미 지구 같은 행성이 형성되기 전에 더 복잡한 유기물이 형성될 수 있음을 시사하는 것이다. 과학자들은 아마도 아미노산을 비롯한 생명체를 구성하는 유기물질이 이미 행성이 형성되기도 전에 원시 행성계 원반 속에서 형성될 것으로 믿고 있지만, 이를 검출하기는 매우 어렵다. 직접 가서 검출하는 것은 물론 불가능하고 전파 망원경을 이용한 물질 고유의 파장 분석 역시 거리를 고려하면 쉽지 않기 때문이다. 사실 이번에 발견된 메탄올이 지금까지 원시 행성계 원반에서 발견된 유기물 가운데서 가장 복잡한 것이다. 하지만 관측 기술이 나날이 발전하고 있으므로 결국 언젠가는 지구 같은 행성이 형성되는 원시 행성계 원반에서 더 복잡한 유기 분자가 발견될 날이 올 것으로 기대된다. 이런 연구를 통해서 우리는 과거 46억 년 전 태양계에서 생명의 기초 물질이 어떻게 형성되었는지 이해할 수 있으며, 더 나아가 어떤 행성에서 생명체가 잘생길지 예측할 수 있을 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

혜성의 정체는 물과 이산화탄소를 비롯한 여러 얼음과 먼지가 모여 형성된 ‘더러워진 눈사람’이다. 본래는 태양계 외곽에 있던 얼음 천체가 우연히 태양에 근접한 타원 궤도를 돌게 되면 휘발성 물질과 먼지가 증발하면서 거대한 꼬리를 만든다. 그런데 이런 혜성이 태양계에만 있을까? 최근 천문학자들은 세계 최대의 전파 망원경인 알마(ALMA)를 이용해서 멀리 떨어진 외계 행성에도 혜성이 있다는 증거를 발견했다. 보통 혜성 자체는 수백 광년 밖에서 관측하기에는 너무 어두운 존재다. 하지만, 혜성의 고향인 카이퍼 벨트와 유사한 천체는 발견할 수 있다. 카이퍼 벨트는 태양-지구 거리(AU)의 30~50배 정도 거리에 있는 얼음 천체들의 모임으로 단주기 혜성의 고향이다. 지구에서 130광년 떨어진 젊은 별인 HR8799는 네 개의 큰 행성을 거느리고 있다. 그런데 이 행성계 외곽에서 새로운 얼음과 먼지의 고리가 발견되었다. 위치는 150~420AU로 태양계의 카이퍼 벨트를 확대한 것처럼 생겼는데, 과학자들은 고리의 모습으로 볼 때 아직 발견되지 않은 새로운 행성이 있을 것으로 추정하고 있다. 동시에 케임브리지 대학의 연구자들은 역시 알마 관측 데이터를 사용해서 지구에서 160광년 떨어진 젊은 별인 HD181327 주변에도 얼음 및 먼지 입자들이 모인 고리가 있다는 것을 발견했다. 이 관측 결과들이 시사하는 것은 태양계의 카이퍼 벨트와 유사한 구조물이 다른 행성계에도 드물지 않게 존재한다는 점이다. 따라서 저 멀리 외계 행성에서도 긴 꼬리를 가진 혜성을 관찰하기는 어렵지 않을 가능성이 크다. 혜성은 단순히 아름다운 꼬리를 가졌을 뿐이 아니라 태양계의 진화에서 매우 중요한 역할을 했다. 아직 논란이 있지만, 일부 과학자들은 지구의 물 가운데 상당수는 혜성에서 기원했다고 믿고 있다. 이런 점을 고려하면 단주기 혜성의 고향인 카이퍼 벨트와 유사한 천체가 계속 발견되는 것은 지구와 유사한 조건을 가진 외계 행성이 드물지 않다는 것을 보여준다. 이런 혜성의 재료들이 미래 바다를 만드는 데 필요한 물을 제공할 수 있고, 그 바다에서는 생명체가 탄생할 수도 있다. 앞으로 이 가설을 검증하기 위해 연구가 계속될 것이다. 사진=아만다 스미스/ 캠브리지 대학 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

혜성의 정체는 물과 이산화탄소를 비롯한 여러 얼음과 먼지가 모여 형성된 ‘더러워진 눈사람’이다. 본래는 태양계 외곽에 있던 얼음 천체가 우연히 태양에 근접한 타원 궤도를 돌게 되면 휘발성 물질과 먼지가 증발하면서 거대한 꼬리를 만든다. 그런데 이런 혜성이 태양계에만 있을까? 최근 천문학자들은 세계 최대의 전파 망원경인 알마(ALMA)를 이용해서 멀리 떨어진 외계 행성에서도 혜성을 볼 수 있을 것이라는 증거를 발견했다. 보통 혜성 자체는 수백 광년 밖에서 관측하기에는 너무 어두운 존재다. 하지만, 혜성의 고향인 카이퍼 벨트와 유사한 천체는 발견할 수 있다. 카이퍼 벨트는 태양-지구 거리 (AU)의 30~50배 정도 거리에 있는 얼음 천체들의 모임으로 단주기 혜성의 고향이다. 지구에서 130광년 떨어진 젊은 별인 HR8799는 네 개의 큰 행성을 거느리고 있다. 그런데 이 행성계 외곽에서 새로운 얼음과 먼지의 고리가 발견되었다. 위치는 150~420AU로 태양계의 카이퍼 벨트를 확대한 것처럼 생겼는데, 과학자들은 고리의 모습으로 볼 때 아직 발견되지 않은 새로운 행성이 있을 것으로 추정하고 있다. 동시에 영국 케임브리지 대학의 연구자들은 역시 알마 관측 데이터를 사용해서 지구에서 160광년 떨어진 젊은 별인 HD181327 주변에도 얼음 및 먼지 입자들이 모인 고리가 있다는 것을 발견했다. 이 관측 결과들이 시사하는 것은 태양계의 카이퍼 벨트와 유사한 구조물이 다른 행성계에도 드물지 않게 존재한다는 점이다. 따라서 저 멀리 외계 행성에서도 긴 꼬리를 가진 혜성을 관찰하기는 어렵지 않을 가능성이 크다. 혜성은 단순히 아름다운 꼬리를 가졌을 뿐 아니라 태양계의 진화에서 매우 중요한 역할을 했다. 아직 논란이 있지만, 일부 과학자들은 지구의 물 가운데 상당수는 혜성에서 기원했다고 믿고 있다. 이런 점을 고려하면 단주기 혜성의 고향인 카이퍼 벨트와 유사한 천체가 계속 발견되는 것은 지구와 유사한 조건을 가진 외계 행성이 드물지 않다는 것을 보여준다. 이런 혜성의 재료들이 미래 바다를 만드는 데 필요한 물을 제공할 수 있고, 그 바다에서는 생명체가 탄생할 수도 있다. 앞으로 이 가설을 검증하기 위해 연구가 계속될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com　 　

사람과 마찬가지로 별에도 아기 시절이 존재한다. 마치 양수 속에서 자라는 태아처럼 아기별은 두꺼운 가스 성운 속에서 자라난다. 과학자들은 별의 탄생 과정을 오랜 세월 연구해왔으나 대부분 지구에서 먼 장소에서 탄생하는 데다 두꺼운 먼지와 가스로 둘러싸여 상세한 과정을 알아내기 쉽지 않았다. 도쿄 대학의 아소 유스케(Yusuke Aso)를 비롯한 천문학자들은 현존하는 가장 강력한 전파 망원경인 알마(ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해서 황소자리 방향으로 지구에서 450광년 떨어진 TMC-1A라는 원시별을 관측했다. TMC-1A는 막 태어난 별로 아직 주변의 가스와 먼지를 흡수하면서 자라는 중이다. 그런데 이 가스와 먼지는 바로 아기별에 흡수되는 것이 아니다. 실제로는 주변에 회전하는 고리를 형성한 후 이 물질의 고리에서 서서히 물질이 성장 중인 별로 흡수되는 것으로 알려져다. (개념도 참조) 보통 이 과정은 두꺼운 가스와 먼지 때문에 쉽게 관측이 어렵다. 하지만 알마의 강력한 고해상도 분해능력을 통해서 마침내 천문학자들은 내부 구조를 살피는 데 성공했다. 연구팀에 의하면 이 아기별의 물질의 고리와 외부 가스층은 대략 90 AU(1AU는 지구와 태양 간 거리. 약 135억km) 정도 반지름을 가지고 있다. 이는 지구와 해왕성 거리의 3배 수준이다. 여기에 있는 물질들은 케플러의 법칙에 따라 회전하면서 점차 에너지를 잃어 아기별로 흡수된다. 흡수되지 못한 물질은 결국 나중에 행성을 이루는 재료가 된다. 이번 연구에서는 아기별 전체의 질량은 태양의 0.68배 정도이며 매년 태양 질량의 100만 분의 1 정도 되는 물질이 흡수되는 것이 관측되었다. 속도는 초속 1km 정도로 사실 아기별의 중력을 생각하면 매우 느린 속도다. 연구팀은 어쩌면 이 아기별의 자기장이 물질의 흡수를 느리게 만드는 이유일지 모른다고 생각하고 있다. 아기별의 탄생은 생명의 탄생만큼 신비로운 과정이다. 하지만 앞서 말한 이유로 인해 아직 그 과정이 완전히 밝혀지지 않은 부분이 있다. 앞으로도 과학자들은 연구를 통해 이 비밀을 밝힐 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

사람과 마찬가지로 별에도 아기 시절이 존재한다. 마치 양수 속에서 자라는 태아처럼 아기별은 두꺼운 가스 성운 속에서 자라난다. 과학자들은 별의 탄생 과정을 오랜 세월 연구해왔으나 대부분 지구에서 먼 장소에서 탄생하는 데다 두꺼운 먼지와 가스로 둘러싸여 상세한 과정을 알아내기 쉽지 않았다. 도쿄 대학의 아소 유스케(Yusuke Aso)를 비롯한 천문학자들은 현존하는 가장 강력한 전파 망원경인 알마(ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해서 황소자리 방향으로 지구에서 450광년 떨어진 TMC-1A라는 원시별을 관측했다. TMC-1A는 막 태어난 별로 아직 주변의 가스와 먼지를 흡수하면서 자라는 중이다. 그런데 이 가스와 먼지는 바로 아기별에 흡수되는 것이 아니다. 실제로는 주변에 회전하는 고리를 형성한 후 이 물질의 고리에서 서서히 물질이 성장 중인 별로 흡수되는 것으로 알려져다. (개념도 참조) 보통 이 과정은 두꺼운 가스와 먼지 때문에 쉽게 관측이 어렵다. 하지만 알마의 강력한 고해상도 분해능력을 통해서 마침내 천문학자들은 내부 구조를 살피는 데 성공했다. 연구팀에 의하면 이 아기별의 물질의 고리와 외부 가스층은 대략 90 AU(1AU는 지구와 태양 간 거리. 약 135억km) 정도 반지름을 가지고 있다. 이는 지구와 해왕성 거리의 3배 수준이다. 여기에 있는 물질들은 케플러의 법칙에 따라 회전하면서 점차 에너지를 잃어 아기별로 흡수된다. 흡수되지 못한 물질은 결국 나중에 행성을 이루는 재료가 된다. 이번 연구에서는 아기별 전체의 질량은 태양의 0.68배 정도이며 매년 태양 질량의 100만 분의 1 정도 되는 물질이 흡수되는 것이 관측되었다. 속도는 초속 1km 정도로 사실 아기별의 중력을 생각하면 매우 느린 속도다. 연구팀은 어쩌면 이 아기별의 자기장이 물질의 흡수를 느리게 만드는 이유일지 모른다고 생각하고 있다. 아기별의 탄생은 생명의 탄생만큼 신비로운 과정이다. 하지만 앞서 말한 이유로 인해 아직 그 과정이 완전히 밝혀지지 않은 부분이 있다. 앞으로도 과학자들은 연구를 통해 이 비밀을 밝힐 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

천문학자들이 세계 최대의 전파 망원경인 알마(ALMA)를 이용해서 지구에서 124억 광년 떨어진 위치에 있는 은하 W2246-0526을 찾아냈다. 이 은하가 이렇게 먼 거리에서도 발견될 수 있는 이유는 적외선 영역에서 밝기가 태양의 350조 배에 달하기 때문이다. 이렇게 밝은 은하가 존재할 수 있는 이유는 은하의 진화와 연관이 있다. 124억 광년 떨어진 은하라는 것은 124억 년 전 우주 초창기의 은하라는 이야기다. 이 시기에는 별은 적고 가스는 풍부한 초기 은하들이 존재했다. 이 은하 중심에는 거대 질량 블랙홀이 존재하는데, 막대한 가스를 흡수하는 과정에서 막대한 에너지를 방출하게 된다. 블랙홀 주변에는 흡수되는 물질의 고리인 강착 원반이 형성되고 이 원반의 수직 방향으로 강력한 물질의 흐름인 제트가 방출되는데, 여기서 나오는 에너지는 매우 막대해서 은하 자체의 에너지를 능가할 수 있다. 현재는 이런 은하가 드물지만, 과거에는 이런 활동성 은하가 흔했다. 이번에 발견된 은하 역시 이런 은하 중 하나인데, 더 극단적으로 많은 에너지를 내놓는 것이 특징이다. 연구의 리더인 로베르토 아세프 교수에 의하면 중심 블랙홀에서 나오는 에너지 자체는 가스와 먼지에 가려있고 실제로 관측이 되는 것은 여기서 나온 에너지에 의해 이온화되고 가열된 성간 가스이다. 블랙홀에서 나오는 에너지가 워낙 크다 보니 은하계 전체에 있는 가스와 먼지들이 고온으로 가열되어 적외선 영역에서 에너지를 내놓는 것이다. 이 가스에서 나오는 적외선 에너지는 지구로 올 때쯤엔 밀리미터 파장으로 관측된다. 과학자들은 이 은하 중심 블랙홀의 밝기가 은하 전체 밝기의 100배에 달한다고 보고 있다. 이는 우주 초기에는 매우 활발한 블랙홀의 성장과 은하의 진화가 일어났다는 증거이다. 그러나 이 은하의 경우 그 대가로 사실상 거의 모든 성간 가스를 잃게 되었을 것이다. 연구팀은 이 은하의 성간 물질이 초속 500~600km라는 매우 빠른 속도로 소용돌이치는 증거를 발견했다. 그렇다면 지금쯤 이 은하는 가스를 대부분 잃어 거의 활동이 없는 매우 정적인 은하일 것이다. 인간 세상에서도 과거엔 잘 나가다가 어느 순간 세간의 관심에서 사라진 유명인이 존재하는 것처럼 은하 역시 지금은 잠잠하지만, 과거에는 격렬하고 화려한 과거를 가진 것들이 있다. 과학자들은 멀리 떨어진 은하를 관측해서 이렇게 과거를 들여다볼 수 있다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com　

우리 태양보다 작고 어두운 한 ‘난쟁이 별’에 예상보다 훨씬 강력한 자기장이 생성된 것을 천문학자들이 세계 최대 알마(ALMA) 전파망원경을 사용한 관측으로 밝혀냈다. 질량이 작고 어두운 적색의 빛을 내 ‘적색왜성’으로 분류되는 이 별은 천문학계에서는 잘 알려진 ‘TVLM 513-46546’으로 불리며, 지구로부터 목동자리 방향으로 약 35광년 거리에 있다. 이 항성은 거의 2시간마다 한 바퀴를 회전(자전)할 정도로 빠르게 돌고 있다. 참고로 우리 태양의 자전 주기는 약 25일이다. 특히 이 별의 질량은 우리 태양의 10분 1 정도밖에 안 될 정도로 작고 덜 뜨거운데 내부의 수소를 핵융합 반응으로 헬륨으로 바꿈으로써 빛을 발하지만 중수소가 아닌 경수소를 태워 질량이 더 작은 갈색왜성과 구분된다. 그런데 천문학자들이 알마 망원경으로 관측한 적색왜성 ‘TVLM 513-46546’에는 우리 태양의 가장 강력한 자기장 영역에서 나오는 자기장만큼 강력한 자기장을 생성하는 것으로 나타났다. 이런 기이한 자기장은 우리 태양의 플레어와 같은 폭발이 지속해서 일어난다고 천문학자들은 예상한다. 특히 이 난쟁이 별의 플레어에는 우리 태양처럼 활동하는 자기력선이 조밀하게 있어, 그로부터 나온 전자의 경로를 바꿔 그 전파신호를 알마 망원경으로 감지할 수 있었다고 한다. 또한 이런 강력한 플레어의 활동은 별에서 가까운 행성에 하전 입자를 퍼부었을 것이라고 천문학자들은 말한다. 이번 연구를 이끈 피터 윌리엄스 하버드-스미스소니언 천문학센터(CfA) 박사는 “만일 이런 별이 우리 주위에 있었다면, 우리는 어떠한 위성 통신도 할 수 없었을 것”이라면서 “사실, 이런 폭풍치는 듯한 환경에서 생명체가 진화하기에는 극단적으로 어려울 것”이라고 말했다. 천문학자들은 미국 뉴멕시코주(州) 소코로에 있는 국립전파천문대(NRAO) 소속 ‘젠스키 전파 망원경망’(VLA)에서 나온 이전 자료에서 이 난쟁이 별이 태양의 가장 극단적인 자기 영역에서 나오는 자기장과 비슷하며 태양의 평균 자기장보다 수백 배 더 강력한 장기장을 방출한다는 것을 알아냈다. 그런데 태양이 자기장을 생성하는 물리적 과정을 봤을 때 그처럼 작은 별에서는 강력한 자기장이 일어나는 것이 불가능하다고 여겼었다. 이 연구에 참여한 CfA 천문학자인 에도 베르게르 하버드대 교수는 “이 별을 자기적으로만 봤을 때 우리 태양과 매우 다른 것”이라고 말했다. 연구진은 알마 망원경으로 이 별을 관측했을 때 특히 높은 주파수(95GHz)가 방출되는 것을 발견했다. 이런 무선 신호는 전자들이 더 강력한 자기력선 근처를 돌아다니는 과정인 ‘싱크로트론 방출’(synchrotron emission)에 의해 만들어진다고 한다. 그런데 이런 고주파를 가진 플레어 같은 것이 방출되는 것이 적색왜성에서 감지된 사례는 이번이 처음이다. 또 이 별이 밀리미터(mm) 파장에서 감지된 사례도 처음이어서 알마 망원경을 사용한 연구에 새로운 길을 개척했다고 연구진은 생각하고 있다. 우리 태양에서도 태양 플레어가 발생할 때 비슷한 방출을 생성하지만 이는 간헐적이다. 무엇보다, 이 별의 강력한 자기장 방출은 태양이 생산하는 것보다 1만 배나 더 밝다. 질량은 태양의 10%밖에 안 되는 것이 말이다. 천문학자들은 알마 망원경을 사용해 4시간 연속 관측에서 이 별이 지속해서 활성화돼 있는 것을 목격했다. 이는 외계행성 중 거주 가능한 곳을 찾는데 중요한 의미가 있다. 적색왜성은 우리 은하에서 가장 흔한 별로, 행성 탐색에서 주 표적이 된다. 하지만 이런 적색왜성은 태양만큼 뜨겁지 않아서 그 별에 가까운 행성에만 생명이 사는 데 필수적인 액체 상태의 물이 존재할 수 있다는 것이다. 그런데 이런 근거리라는 이점이 이 적색왜성에서만큼은 행성의 대기를 날려버리거나 표면의 복잡한 분자를 파괴할 수 있는 방사선 중심에 놓일 수 있다고 천문학자들은 추측하고 있다. 이들은 이제 이 별만이 이상한 것인지 아니면 같은 유형의 다른 별에도 이런 현상이 일어나고 있는지 연구할 계획이다. 한편 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리 태양보다 작고 어두운 한 ‘난쟁이 별’에 예상보다 훨씬 강력한 자기장이 생성된 것을 천문학자들이 세계 최대 알마(ALMA) 전파망원경을 사용한 관측으로 밝혀냈다. 질량이 작고 어두운 적색의 빛을 내 ‘적색왜성’으로 분류되는 이 별은 천문학계에서는 잘 알려진 ‘TVLM 513-46546’으로 불리며, 지구로부터 목동자리 방향으로 약 35광년 거리에 있다. 이 항성은 거의 2시간마다 한 바퀴를 회전(자전)할 정도로 빠르게 돌고 있다. 참고로 우리 태양의 자전 주기는 약 25일이다. 특히 이 별의 질량은 우리 태양의 10분 1 정도밖에 안 될 정도로 작고 덜 뜨거운데 내부의 수소를 핵융합 반응으로 헬륨으로 바꿈으로써 빛을 발하지만 중수소가 아닌 경수소를 태워 질량이 더 작은 갈색왜성과 구분된다. 그런데 천문학자들이 알마 망원경으로 관측한 적색왜성 ‘TVLM 513-46546’에는 우리 태양의 가장 강력한 자기장 영역에서 나오는 자기장만큼 강력한 자기장을 생성하는 것으로 나타났다. 이런 기이한 자기장은 우리 태양의 플레어와 같은 폭발이 지속해서 일어난다고 천문학자들은 예상한다. 특히 이 난쟁이 별의 플레어에는 우리 태양처럼 활동하는 자기력선이 조밀하게 있어, 그로부터 나온 전자의 경로를 바꿔 그 전파신호를 알마 망원경으로 감지할 수 있었다고 한다. 또한 이런 강력한 플레어의 활동은 별에서 가까운 행성에 하전 입자를 퍼부었을 것이라고 천문학자들은 말한다. 이번 연구를 이끈 피터 윌리엄스 하버드-스미스소니언 천문학센터(CfA) 박사는 “만일 이런 별이 우리 주위에 있었다면, 우리는 어떠한 위성 통신도 할 수 없었을 것”이라면서 “사실, 이런 폭풍치는 듯한 환경에서 생명체가 진화하기에는 극단적으로 어려울 것”이라고 말했다. 천문학자들은 미국 뉴멕시코주(州) 소코로에 있는 국립전파천문대(NRAO) 소속 ‘젠스키 전파 망원경망’(VLA)에서 나온 이전 자료에서 이 난쟁이 별이 태양의 가장 극단적인 자기 영역에서 나오는 자기장과 비슷하며 태양의 평균 자기장보다 수백 배 더 강력한 장기장을 방출한다는 것을 알아냈다. 그런데 태양이 자기장을 생성하는 물리적 과정을 봤을 때 그처럼 작은 별에서는 강력한 자기장이 일어나는 것이 불가능하다고 여겼었다. 이 연구에 참여한 CfA 천문학자인 에도 베르게르 하버드대 교수는 “이 별을 자기적으로만 봤을 때 우리 태양과 매우 다른 것”이라고 말했다. 연구진은 알마 망원경으로 이 별을 관측했을 때 특히 높은 주파수(95GHz)가 방출되는 것을 발견했다. 이런 무선 신호는 전자들이 더 강력한 자기력선 근처를 돌아다니는 과정인 ‘싱크로트론 방출’(synchrotron emission)에 의해 만들어진다고 한다. 그런데 이런 고주파를 가진 플레어 같은 것이 방출되는 것이 적색왜성에서 감지된 사례는 이번이 처음이다. 또 이 별이 밀리미터(mm) 파장에서 감지된 사례도 처음이어서 알마 망원경을 사용한 연구에 새로운 길을 개척했다고 연구진은 생각하고 있다. 우리 태양에서도 태양 플레어가 발생할 때 비슷한 방출을 생성하지만 이는 간헐적이다. 무엇보다, 이 별의 강력한 자기장 방출은 태양이 생산하는 것보다 1만 배나 더 밝다. 질량은 태양의 10%밖에 안 되는 것이 말이다. 천문학자들은 알마 망원경을 사용해 4시간 연속 관측에서 이 별이 지속해서 활성화돼 있는 것을 목격했다. 이는 외계행성 중 거주 가능한 곳을 찾는데 중요한 의미가 있다. 적색왜성은 우리 은하에서 가장 흔한 별로, 행성 탐색에서 주 표적이 된다. 하지만 이런 적색왜성은 태양만큼 뜨겁지 않아서 그 별에 가까운 행성에만 생명이 사는 데 필수적인 액체 상태의 물이 존재할 수 있다는 것이다. 그런데 이런 근거리라는 이점이 이 적색왜성에서만큼은 행성의 대기를 날려버리거나 표면의 복잡한 분자를 파괴할 수 있는 방사선 중심에 놓일 수 있다고 천문학자들은 추측하고 있다. 이들은 이제 이 별만이 이상한 것인지 아니면 같은 유형의 다른 별에도 이런 현상이 일어나고 있는지 연구할 계획이다. 한편 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

행성이 형성 중인 것으로 보이는 아름답고 화려한 이중 고리를 두른 젊은 ‘엄마 별’이 세계 최대 알마(ALMA) 전파망원경에 포착됐다. 지구로부터 이리자리(Lupus) 방향으로 약 456~619광년 거리에 있는 ‘이리자리 IM’(IM Lup)이라는 이름을 가진 이 별은 나이가 50만~175만 년으로, 약 45억 년 된 우리 태양과 비교해 보면 아직 어린 수준이다. 천문학자들은 알마 망원경을 사용해 이 젊은 별 주위에서 행성 형성 원반인 고리를 2개나 관측해냈다. 이들은 지름이 90AU인 내부 고리를 볼 수 있을 것으로 예상했지만 지름이 300AU인 외부 고리가 관측 가능하다고는 예상하지 못했다. 연구진은 분석 연구를 통해 이중 고리가 우주에서 가장 흔한 중이온(중원소의 양이온, 전자기를 띠는 분자) 중 하나인 ‘중수소로 치환된 포르밀 양이온’ DCO+(중수소-탄소-산소)로 이뤄져 있다는 것을 확인했다. 우주에는 ‘포르밀 양이온’ HCO+(수소-탄소-산소)라는 중이온이 더 많이 분포하고 있는데 DCO+는 HCO+의 수소 원자가 ‘수소-중수소 교환’ 반응을 통해 중수소로 바뀐 것. 연구를 이끈 미국 하버드 스미스소니언 천체물리학센터의 카린 외베리 박사는 “알마 망원경을 통해 행성이 형성 중인 원반에 일어나는 화학적 성질을 관찰할 수 있게 됐다”면서 “이번 발견은 원시 행성계 원반의 외부 본질을 이해하는 새로운 단서가 된다”고 말했다. 연구진은 이 별에서 DCO+로 이뤄진 내부 고리의 존재는 DCO+ 형성에 필수적인 ‘낮은 온도’와 ‘풍부한 일산화탄소(CO) 가스’의 적절한 조합으로부터 형성됐다고 추정하고 있다. 이 별에 더 가까운 조건은 또한 DCO+가 생기기에는 너무 따뜻하다. 하지만 좀 더 먼 곳에서는 쌓여있는 일산화탄소(CO)가 모두 얼어붙어 지름이 미크론으로 측정되는 고체 입자인 미립자(dust grains)와 원시행성으로 합쳐질 가능성이 있는 여러 미행성(planetesimals) 위에 얼음층을 형성한다. 또 연구진은 외부 고리의 존재로부터 다음과 같은 가정도 도출하고 있다. 중심 별로부터 멀어질수록 주위 환경은 차갑고 어두워지지만, 외부 고리일지라도 원반 밀도가 매우 낮은 부분은 중심 별의 빛이 외부 고리 안까지 파고들어 가는 것으로 연구진은 가정하고 있다. 이런 빛을 통해 얼어있던 일산화탄소가 승화하고 내부 순환을 통해 DCO+의 생성이 다시 일어나고 있다는 것이다. 이에 대해 연구진은 중수소로 이뤄진 무거운 분자가 지금까지 예상하지 못했던 장소에서 만들어질 가능성이 있다고 설명하고 있다. 이번 연구를 통해 이런 무거운 분자가 우리 태양계와 다른 행성계가 어떻게 만들어지는지 그 역사를 탐구하는 유력한 수단이 될 것이라고 연구진은 말하고 있다. 외베리 박사는 “무거운 분자는 어디서 어떻게 다양한 분자로 형성됐는지를 우리에게 가르쳐주는 이른바 별들 사이의 메신저”라고 말했다. 또한 “예를 들어 지구의 바다는 중수소와 산소로 이뤄진 물인 ‘중수’가 많이 포함돼 있어 지구의 물 대부분이 태양이 지금처럼 빛나기 전인 원시 태양계 성운일 때부터 존재했음을 보여준다”면서 “즉 해수는 태양보다 오랜 역사를 가지고 있다는 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구성과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호(9월 4일자)에 발표됐다. 사진=카린 외베리(CfA), 알마 (NRAO/ESO/NAOJ); 빌 색스턴 (NRAO/AUI/NSF) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

최근 러시아 억만장자인 유리 밀너(Yuri Milner)는 영국 왕립 학회에서 외계인을 찾기 위한 연구를 위해 1억 달러를 투자하겠다고 발표했다. 스티븐 호킹 박사를 비롯한 과학계 인사들은 즉시 환영의 뜻을 보였다. 그런데 사실 외계인 찾기 프로젝트는 지난 수십 년간 막대한 연구비와 인력만 투입되고 실제로 외계인을 찾는 성과는 거두지 못했다. SETI처럼 처음에는 국가 기관의 지원을 받았던 연구도 지원금이 끊겨 어려움을 겪고 있다. 가능성이 크지 않은 사업에 국민의 세금을 투입할 수는 없는 일이기 때문이다. 이런 실정인데 도대체 왜 유리 밀너는 이 사업에 거금을 투자했고 과학자들은 여기에 환영의 뜻을 내비쳤을까? 결론부터 말하면 이 연구에서 찾는 것은 단지 외계인이 아니다. 좀 더 넓게 보면 사실상 전파 천문학 지원 사업이라고 할 수 있다. - 눈으로 보이는 것을 넘어선 전파 망원경 인류는 우선 두 눈을 이용해서 천문을 관측했다. 눈의 한계를 뛰어넘는 광학 망원경의 발명은 과학의 역사의 한 획을 그은 대도약이었다. 하지만 동시에 우주에는 눈에 보이지 않는 것도 많다. 즉, 가시광 파장 외의 파장으로만 볼 수 있는 천문 현상도 많다는 것이다. 눈으로는 볼 수 없는 다양한 파장의 관측이 필요한 이유이다. 이 중에서 전파 망원경의 발명은 광학 망원경에만 의존해야 했던 관측의 한계를 획기적으로 개선했다. 이제 천문학자들은 다양한 파장의 전파 신호를 수신해서 우주에서 일어나는 현상을 파악하는 데 사용하고 있다. 덕분에 세계 곳곳에는 거대한 접시 모양의 안테나를 가진 대형 전파 망원경들이 등장했다. 수십에서 수백m 지름의 전파 망원경으로도 만족할만한 성능을 얻을 수 없을 때, 천문학자들은 여러 개의 전파 망원경을 사용해서 하나의 큰 전파 망원경 같은 성능을 낼 수 있다는 사실을 알아냈다. 이렇게 해서 엄청난 크기의 전파 망원경이 서로 일정한 거리를 두고 관측을 하는 알마(ALMA) 같은 거대 전파 망원경 시스템도 등장했다. 더 나아가 아예 전 세계의 거대 전파 망원경들을 하나로 묶어 하나의 강력한 망원경처럼 사용하는 프로젝트도 진행 중이다. 우리 은하 중심에 있는 블랙홀을 관측하기 위한 이벤트 호라이즌 망원경(Event Horizon Telescope (EHT))이 대표적 사례다. - 전파 천문학에 단비 같은 기부 하지만 인간의 가진 자원, 특히 돈은 무한할 수가 없다. 국가적으로 새로운 망원경에 집중해야 하거나 혹은 관련 예산을 확보하지 못했다는 단순한 이유로 전파 망원경이 폐쇄될 위기에 처할 수 있다. 유리 밀너의 통 큰 기부로 새 생명을 찾게 된 파크스 전파 망원경(Parkes radio telescope)이 그런 대표적 사례다. 호주 정부가 스퀘어 킬로미터 어레이(SKA. Square Kilometer Array)라는 새로운 전파 망원경에 집중하기로 하면서 파크스 전파 망원경은 2016년 폐쇄될 운명이었나 단비 같은 이번 기부로 새 생명을 찾았다. 148m의 높이에 100m 지름을 가진 유명한 그린뱅크 전파 망원경(Greenbank telescope, 사진 참조) 역시 2017년까지 새로운 기부 파트너를 찾지 못하면 폐쇄될 운명에 처했지만, 이번 기부를 통해 생명 연장의 꿈을 이뤘다. 세티(SETI)프로젝트에 속한 여러 전파 망원경들은 앞으로 10년에 걸쳐 더 다양한 관측을 할 수 있게 됐다. 여기서 수집된 다양한 정보들은 외계인을 찾는 데만 쓰이는 것이 아니라 천문학자들에게 귀중한 정보를 제공해서 과학 발전에 이바지하게 될 것이다. 그것이 과학자들이 이번 기부에 적극 환영 의사를 보인 이유 중 하나다. - 외계인을 찾을 수 있을까? 그러나 이번 기부의 목적 가운데 여전히 외계인 찾기는 가장 중요한 목표다. 많은 과학자가 생명 현상이 우주에 결코 드문 일이 아니라고 생각하고 있다. 하지만 문명을 지닌 외계인을 찾는 것은 별개의 문제다. 지구에서 생명의 역사는 30억 년 이상이라고 생각되지만, 인류의 등장은 20만 년 전이며 그나마 인류가 전파를 통신 수단으로 사용한 것은 100년 정도밖에 되지 않았기 때문이다. 따라서 미국 항공우주국(NASA)이나 유럽 우주국은 과거 물이 있었던 화성이나 유로파처럼 현재 물이 있을 것으로 생각되는 장소에서 외계 생명체 탐사에 힘을 집중하고 있다. 더 현실적인 가능성이 있기 때문이다. 물론 찾을 수 있는 생명체는 단순한 박테리아가 될 가능성이 제일 크다. 그러면 전파로 통신을 할 수 있는 외계인과 만날 가능성은 '0'일까? 아직은 알 수 없다. 이번 기부로 과학자들은 계속해서 연구를 진행할 것이고 이중에서는 자연적으로 생겼다고 보기에는 이상한 전파 신호가 들어있을지도 모른다. 우주라는 거대한 바다에서 모래알 하나 찾기나 다를 바 없지만, 그래도 가능성이 '0'이라고 단언할 수는 없는 일이다. 유리 밀너는 가장 가능성 있는 디지털 전파 신호에 100만 달러의 상금을 걸었다. 이런 투자에도 불구하고 외계 문명을 찾을 가능성은 여전히 희박하다. 하지만 이 과정에서 얻은 정보는 과학 발전과 인류를 위해 유용하게 쓰일 것이다. 그리고 만에 하나라도 진짜 외계 문명을 발견하게 되면 이는 역사상 가장 위대한 투자로 기록될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

사상 처음으로 초기 우주 속에서 별이 형성되는 있는 상태의 가스 구름이 포착됐다.　 최근 영국 케임브리지 대학 등 국제공동연구팀은 우주 빅뱅 후 처음 등장한 '첫세대 은하'를 관측하는데 성공했다고 발표했다. 빅뱅 후 약 8억년이 지난 생성된 이 은하의 이름은 'BDF 3299' 로 칠레에 위치한 세계 최고 성능의 전파망원경 ‘알마‘(ALMA)로 처음 모습을 드러냈다. 이론적으로 보면 137억 년 전 빅뱅이 일어난 초기 우주에는 수소 가스로 만들어진 구름같은 안개가 가득 차 있었다. 이후 블랙홀과 별 등이 생겨나면서 생성된 강력한 자외선에 의해 이 안개들이 걷히게 되는데 이 과정을 '재이온화 시기'(epoch of reionization)라고 부른다. 이번 연구팀의 성과는 바로 첫세대 은하가 생성돼 안개들을 걷어내는 재이온화 과정을 실제로 관측하는데 성공한 것이다. 이번 논문의 공동저자 이탈리아 공립 엘리트 교육기관인 고등사범학교 안드레아 페라라는 "빅뱅 후 채 10억 년도 되지 않은 초기 은하의 형성 과정을 우리가 지켜보고 있는 것" 이라면서 "사상 처음으로 초기 은하를 하나의 작은 점이 아니라 내부 구조물 수준으로 보게된 것" 이라고 의미를 부여했다. 이어 "이번 관측은 그간 이론적으로만 연구해 오던 초기 우주에서의 첫세대 은하와 별들의 상호 작용과 형성 과정을 이해하게 해주는 단초가 될 것" 이라고 덧붙였다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난해 개봉해 1000만 관객을 돌파한 영화 '인터스텔라'에는 다음과 같은 명대사가 나온다. “우리는 답을 찾을 것이다. 늘 그랬듯이" 한국시간으로 지난 14일 오후 8시 49분 57초 미 항공우주국(NASA)의 뉴호라이즌스호가 성공적으로 명왕성에 근접 통과하며 '저승신'의 정확한 모습을 지구로 보내왔다. 이 사진을 촬영하기 위해 뉴호라이즌스호는 무려 56억 7000만㎞의 거리를 정확히 3462일간 시속 5만 km 속도로 날아갔다. 명왕성이 발견된 것은 85년 전인 지난 1930년이다. 발견자는 미국인 천문학자 클라이드 W. 톰보(1906~1997)로 그의 유골 일부는 뉴호라이즌스호에 실려 이번 임무를 함께했다. 당시 망원경에 관측된 명왕성은 하나의 점에 불과했지만 당당히 태양계의 9번째 행성으로 자리매김했다. 그로부터 명왕성은 '증명사진'도 없는 미스터리한 행성으로 남았다. 너무나 멀고 어두워 최첨단 망원경으로도 관측이 힘들었기 때문이다. 지금까지 우리가 봐온 대부분의 명왕성 사진은 물론 그래픽 이미지다. 그로부터 긴 세월이 지난 2006년 허블우주망원경이 명왕성의 모습을 촬영했다. 옛날의 '점'보다 훨씬 커져 이젠 '빛'으로 보이지만 제대로 윤곽이 보이지 않는 것은 마찬가지. 사진 속 중앙에 가장 큰 빛이 명왕성이며 주위에 카론, 닉스 등이 '보너스'로 함께 포착됐다. 그리고 지난 2010년 NASA는 역사상 가장 디테일한 명왕성 사진이라며 지난 2002~2003년 허블우주망원경이 촬영한 사진을 뒤늦게 공개했다. 일부 가공된 이 명왕성 이미지는 표면의 명암이 일부 드러날 뿐 역시나 만족도 높은 사진은 아니다. 또한 지난해에도 더 선명한(?) 명왕성 이미지가 공개됐다. 세계 최고 성능의 전파망원경 ‘알마'(ALMA)로 촬영됐지만 사진 속 명왕성은 역시 두개의 거대한 불빛으로만 보였다. 그러나 이 관측은 뉴호라이즌스호의 궤도 수정에 활용될 만큼 이번 탐사에 큰 도움이 됐다. 그리고 올해 초부터 명왕성은 탐사선 뉴호라이즌스호에 의해 그 자태를 드러내기 시작했다. 지난해 말 부터 작은 점으로 보이던 명왕성은 점점 크기를 키우다 결국 확실한 모습을 드러냈다. 명왕성의 진짜 모습을 보고싶었던 85년 세월의 궁금증이 영화 대사처럼 답을 찾은 것이다. 늘 그랬듯이... 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

마치 알이 부화하는 것처럼 구상성단이 태어나는 모습이 사상 처음으로 포착됐다.최근 미 국립전파천문대(NRAO)는 칠레에 위치한 알마(ALMA) 전파망원경을 이용해 형성 초기 구상성단을 포착하는데 성공했다고 발표했다. 지구로부터 약 5000만 광년 떨어진 '더듬이 은하'(Antennae galaxies)에 둥지를 튼 이 성단은 특유의 둥근 형태로 구상성단의 모습을 갖춰가고 있다. 우주를 구성하는 성단의 일종인 구상성단(球狀星團·globular cluster)은 수만~수백만 개의 별이 공 모양으로 밀집돼 있어 이같은 이름이 붙었다. 공개된 이미지 상으로는 작게 보이지만 사실 이 성단 안에서 수백 만 개의 별이 탄생한다. 특히 이번 관측이 의미가 있는 것은 우주 속에서 별이 탄생하는 가장 오래된 장면을 목격하는 것이기 때문. 연구팀에 따르면 과거에도 구상성단을 관측한 바 있으나 가장 오래된 것이 사람으로 치면 청소년 나이였다. 연구를 이끈 천문학자 켈시 존슨 박사는 "이번 발견은 공룡알이 막 부화를 시작하는 것을 목격하는 것과 같다" 면서 "두 눈으로 우주 초기의 역사를 똑바로 쳐다보는 것" 이라고 의미를 부여했다. 이어 "이 성단 안에는 우리 태양의 5000만 배 이상의 가스가 가득 차 있다" 면서 "이 안에서 약 1%의 생존 확률로 수많은 별들이 태어날 것" 이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

마치 알이 부화하는 것처럼 구상성단이 태어나는 모습이 사상 처음으로 포착됐다.최근 미 국립전파천문대(NRAO)는 칠레에 위치한 알마(ALMA) 전파망원경을 이용해 형성 초기 구상성단을 포착하는데 성공했다고 발표했다. 지구로부터 약 5000만 광년 떨어진 '더듬이 은하'(Antennae galaxies)에 둥지를 튼 이 성단은 특유의 둥근 형태로 구상성단의 모습을 갖춰가고 있다. 우주를 구성하는 성단의 일종인 구상성단(球狀星團·globular cluster)은 수만~수백만 개의 별이 공 모양으로 밀집돼 있어 이같은 이름이 붙었다. 공개된 이미지 상으로는 작게 보이지만 사실 이 성단 안에서 수백 만 개의 별이 탄생한다. 특히 이번 관측이 의미가 있는 것은 우주 속에서 별이 탄생하는 가장 오래된 장면을 목격하는 것이기 때문. 연구팀에 따르면 과거에도 구상성단을 관측한 바 있으나 가장 오래된 것이 사람으로 치면 청소년 나이였다. 연구를 이끈 천문학자 켈시 존슨 박사는 "이번 발견은 공룡알이 막 부화를 시작하는 것을 목격하는 것과 같다" 면서 "두 눈으로 우주 초기의 역사를 똑바로 쳐다보는 것" 이라고 의미를 부여했다. 이어 "이 성단 안에는 우리 태양의 5000만 배 이상의 가스가 가득 차 있다" 면서 "이 안에서 약 1%의 생존 확률로 수많은 별들이 태어날 것" 이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

갓 태어난 별 주위에서 생명체의 기본 구조라고 할 수 있는 복잡한 유기분자가 처음으로 발견됐다. 이는 생명 탄생의 열쇠가 되는 물질이 태양계 이외에도 보편적으로 존재하는 것을 나타낸 중요한 성과다. 유럽남방천문대(ESO)는 8일(현지시간) 칠레 알마(ALMA) 전파망원경을 이용해 지구에서 약 455광년 거리에 있는 신생 별 ‘WMC 480’을 둘러싸고 있는 원시행성 원반에서 복잡한 탄소성 분자인 사이안화메틸(CH₃CN) 등이 상당량 포함하고 있는 것을 확인했다고 발표했다. 황소자리 방향 분자운 속에 있는 이 별은 태어난 지 100만 년 정도 된 매우 젊은 별로, 자신의 주위에 행성 형성의 재료가 되는 먼지나 가스가 소용돌이치는 원반 이른바 ‘원시행성 원반’을 두르고 있다. 미국 하버드스미스소니언 천체물리학센터의 카린 외베르그 박사는 알마 망원경으로 전파 관측한 결과, 이 항성에서 약 45억~150억 km 떨어진 원반 바깥에서 지구의 바닷물에 필적하는 양의 시안화 메틸을 검출했다고 밝혔다. 사이안화메틸은 생명의 재료인 아미노산의 중요 부분이다. 원시행성 원반에서 이런 복잡한 유기분자가 발견된 것은 이번이 처음으로, 풍부한 물과 유기분자가 모여 있는 태양계가 드문 존재가 아니라는 새로운 증거가 된다. 또 이번에 발견된 많은 양에서 원반의 유기분자가 매우 빠른 속도로 생성되고 있는 것을 알 수 있었다. 사이안화메틸이 발견된 위치는 태양계로 말하면 해왕성을 넘어선 외부 영역인 ‘카이퍼 벨트’에 해당한다. 카이퍼 벨트는 태양계가 태어났을 무렵의 물질을 가둔 얼음 상태의 작은 천체가 분포하고 있으며 때때로 태양계 안쪽으로 들어오는 혜성으로 모습을 드러낸다. 예전에는 이런 혜성이 지구에 충돌해 물이나 유기물이 전달돼 생명 탄생의 계기가 됐다고도 생각했다. 이번 항성의 원반 속에서 행성이 생겨나고 있는지는 아직 확인되지 않았지만, 태양계의 생명 탄생 시나리오를 실현시킨 소품이 다른 항성계에서도 보편적으로 존재하는 것을 보여준 중요한 성과라고 할 수 있을 것이다. 사진=B. Saxton (NRAO/AUI/NSF) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

영화 '인터스텔라'에는 거대 블랙홀 주변에 존재하는 행성의 이야기가 나온다. 하지만 실제로는 이런 블랙홀은 단독으로 존재하는 경우가 드물다. 거대한 질량을 가진 블랙홀이 탄생하는 장소는 은하의 중심과 같이 물질이 집중된 장소이다. 그리고 거대한 중력을 가진 블랙홀에 이끌려 주변 물질들이 흡수되면서 더욱 거대한 블랙홀로 커진다. 거대한 질량을 지닌 은하 중심 블랙홀 주변에는 이 블랙홀의 중력에 이끌린 가스와 먼지들에 의해 거대한 나선 모양의 원반이 형성된다. 그리고 블랙홀의 사상의 지평면 아래로 사라지기 전 높은 온도로 가열되어 X선과 자외선 파장에서 강력한 에너지를 내놓는다. 여기에 블랙홀로 빨려 들어가지 못한 물질은 제트의 형태로 분출된다. 블랙홀 자체는 빛마저 흡수하는 괴물 같은 천체이지만, 역설적으로 은하 중심 블랙홀은 막대한 에너지를 내놓는다. 일본 국립 천문대(NAOJ)와 나고야 대학의 천문학자들은 세계 최대의 전파 망원경 가운데 하나인 알마(ALMA)를 이용해서 지구에서 4,700만 광년 떨어진 은하 M77(NGC 1068)을 관측했다. 이들이 연구한 것은 이 은하 중심에 있는 거대 블랙홀 주변에 존재하는 핵주위 원반(circumnuclear disks·CND)의 구조였다. 연구팀이 이 지역에 어떤 물질이 존재하는지를 분석하자 전혀 예상할 수 없었던 물질들이 검출되어 과학자들을 깜짝 놀라게 했다. 이들이 검출한 것은 탄소 기반 화합물이었다. 여기에는 일산화탄소 같은 단순한 분자도 있었지만, 사이아노아세틸렌(cyanoacetylene, HC3N)이나 메탄올(methanol, CH3OH), 아세토나이트릴(acetonitrile, CH3CN)같은 유기 화합물도 존재했다. 이것이 놀라운 이유는 블랙홀 주변의 환경이 이런 복잡한 분자의 형성을 허용하지 않는 위험한 환경이기 때문이다. 앞서 언급한 것과 같이 블랙홀 주변의 강력한 X선과 자외선으로 인해 이런 분자가 형성되었다고 해도 순식간에 분해될 수밖에 없다. 연구팀은 이것이 가능한 이유로 블랙홀 주변에 일종의 안전지대가 존재하는 것 같다고 설명했다. 즉, 일부 가스와 먼지의 농도가 두꺼운 장소가 블랙홀 주변으로 존재해서 X선과 자외선을 차단하는 역할을 한다는 것이다. 그렇다고 가정할 경우 단순한 유기물질이 블랙홀 주변에서 생존할 수 있을 것이다. 사실 은하 중심 블랙홀 같은 거대 블랙홀 주변은 빛조차 빠져나올 수 없는 사상의 지평면까지 근접하지 않더라도 블랙홀로 흡수되는 물질의 흐름과 강력한 에너지 방출 때문에 극도로 위험한 장소다. 영화에서와는 달리 우주선을 타고 이 근처로 돌진하면, 가까이 가기도 전에 우주선이나 탑승자 모두 살아남기 힘들다. 하지만 등잔 밑이 어두운 것과 같이 이 무시무시한 블랙홀 주변에도 숨을 곳은 있는 셈이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

가장 오래된 은하 중 하나에서 우주 먼지가 처음으로 발견됐다. 이 먼지는 초기 우주 형성에 관한 비밀을 풀 결정적 단서가 될 것이라고 천문학자들은 말한다. 덴마크 코펜하겐대 다라흐 왓슨 박사가 이끄는 천문학 연구팀이 유럽남방천문대(ESO)의 초대형망원경(VLT)에 설치된 관측 장비 ‘X-슈터’와 칠레 아타카마 사막에 있는 알마(ALMA) 망원경의 데이터를 사용해 관측 사상 가장 먼 은하 중 하나인 ‘A1689-zD1’을 분석했다. 그 결과, 이 은하는 예상보다 훨씬 빨리 진화한 것으로 나타났다. 특히 이 은하는 우리 은하와 같은 매우 성숙한 은하와 비슷할 정도의 먼지를 포함하고 있었다. 이런 먼지는 별과 행성을 이루는 복잡한 분자의 형성에 도움이 되므로 생명 존재의 기초가 되기도 한다. 천문학자들이 가장 먼 은하 중 이 은하를 조사 대상으로 선택한 이유는 중력 렌즈 효과 때문. 이 은하와 지구 사이에는 거대 은하단 ‘아벨 1689’가 있어 이 은하의 밝기는 9배까지 증폭된다. 만일 중력 렌즈 효과를 이용할 수 없었다면 너무 멀리 있어 희미한 이 은하에서 빛을 감지할 수 없었을 것이다. 우리가 지금 보고 있는 이 은하의 모습은 약 131억년 전으로 우주의 나이가 아직 약 7억 살(현재 5%)밖에 되지 않았을 때의 것이다. 이 은하는 비슷한 시기 다른 은하와 비교하면 질량은 물론 밝기도 작다. 그러므로 이 시대의 평범한 은하를 보고 있는 것으로 간주한다.　이 은하는 ‘우주의 재이온화’ 중에 있는 은하로 여겨진다. 우주의 재이온화는 중성이었던 우주가 초기 별들의 빛에 의해 이온화돼 우주의 암흑시대가 끝났음을 알리는 현상이다. 이 시기의 은하를 관측하므로 연구팀은 신생아 같은 은하의 모습이 보일 것으로 예상했으나 뜻밖에 화학적으로 복잡하고 다량의 먼지를 포함하고 있는 것이 포착된 것이다. 왓슨 박사는 “초대형망원경(VLT)을 사용해 이 은하까지의 거리를 측정한 뒤 똑같은 천체가 알마 망원경으로 관측되고 있었다는 것을 깨달았다. 많은 기대를 하지 않았지만 우리는 알마 망원경이 그 은하를 관찰하고 있었을 뿐 아니라 제대로 전파를 감지하고 있었다는 것을 알고 매우 흥분했다”며 “알마 망원경의 주요 목표 중 하나는 초기 우주의 차가운 가스와 먼지의 방출 중에서 은하를 찾는 것으로, 우리는 바로 그것을 발견하게 된 것”이라고 말했다. 알마 망원경의 관측으로 우주의 '아기'라고도 말할 수 있는 이 은하는 의외로 조숙하다는 것을 알게 됐다. 이 나이의 은하는 일반적으로 수소와 헬륨보다 무거운 원소(금속)가 적은 것으로 예상됐다. 무거운 원소는 별의 내부에서 생산돼 별이 폭발하거나 다른 형태로 죽음을 맞이할 때 광범위하게 흩뿌려진다. 탄소, 산소나 질소와 같은 무거운 원소가 충분한 만들어지려면 별이 몇 세대에 걸쳐 이 과정을 반복해야 한다. 놀랍게도 A1689-zD1은 원적외선으로 매우 밝고 이 은하에서 이미 많은 별이 태어나 이에 따라 상당한 양의 금속을 생성한 것을 보여줬다. 또 먼지가 검출됐을뿐 아니라 가스와 먼지의 비율이 더 성숙한 은하와 비슷한 수치를 나타내고 있는 것도 알게 됐다. 왓슨 박사는 “이 은하 먼지의 정확한 기원은 명확하지 않지만, 우리의 발견은 우주에서 별의 형성이 시작된 뒤 불과 5억 년 이내에 먼지 형성이 매우 빠르게 일어나는 것을 보여준다”며 “대부분 별의 수명이 수십억 년임을 생각하면, 이는 매우 짧은 시간 동안 생긴 일이라고 말할 수 있다”고 말했다. 이 발견은 A1689-zD1가 빅뱅 뒤 5.6억 년이 경과 한 이후 지속적으로 일정한 비율로 별을 형성해왔거나 아주 짧은 사이에 극단적인 스타 버스트(폭발적 항성) 시기를 맞이한 뒤 별 형성 활동이 약해진 것일 수 있다. 이 관측 결과가 나올 때까지 천문학자들은 이런 방법으로 매우 먼 은하를 발견하는 것은 불가능한 것이라고 우려하고 있었지만, A1689-zD1는 알마 망원경에 의한 단시간 관측에서 검출된 것이다. 이번 연구에 참여한 스웨덴 찰머스공과대의 키르스텐 크누센 부교수는 “이 놀라운 먼지가 많은 은하는 너무 서둘러 첫 번째 세대의 별을 만든 것 같다. 앞으로 알마 망원경에 의해 이런 은하를 더 많이 발견할 수 있고 그들이 왜 그렇게 서두르며 살고 있는지 이해할 수 있게 될 것”이라고 설명했다. 한편 이번 연구성과는 세계적인 학술지 네이처(Nature) 2일 자에 실렸다. 사진=NASA/ESA/L. Bradley(Johns Hopkins University)/R. Bouwens(University of California, Santa Cruz)/H. Ford(Johns Hopkins University)/G. Illingworth (University of California, Santa Cruz) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

광활한 우주에서도 충돌 사고는 일어날 수 있다. 별은 물론이고 은하끼리도 서로 충돌할 수 있다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 그런데 최근 천문학자들은 저 멀리 외계 행성계에서 명왕성만 한 크기의 소행성이 충돌한 흔적을 발견했다. 우리 태양계에서라면 당장에는 일어나기 힘든 일이지만 저 멀리 새롭게 형성되는 행성과 소행성의 모임인 원시행성계원반(protoplanetary disk)에서는 이런 충돌 사고가 자주 발생할 수 있다. 그러나 거리가 워낙 멀리 떨어진 장소에서 일어난 일이라 지금까지 그 증거를 발견하지는 못했는데, 이번에 그 증거가 발견된 것이다. 하버드-스미스소니언 천문학센터(CfA)의 루카 리치를 비롯한 천문학자들은 세계에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 알마)를 이용해서 이 드문 현상을 관측하는 데 성공했다. 본래 이들이 HD 107146을 관측한 이유는 우리 태양계의 어린 시절을 연구하기 위해서였다. 시간을 거꾸로 되돌리지 않는 이상 태양계 초기의 모습이 어떠했는지를 직접 관측하기는 불가능하다. 하지만 태양과 비슷한 별이 탄생하는 장소를 망원경으로 관측하면 태양계 초기에 일어났던 일을 재구성할 수 있다. 우리가 사는 태양 역시 우주를 지배하는 일반적인 물리 법칙에 의해 생성된 만큼 과거에 있었던 일이 지금도 반복되기 때문이다. 그런데 ALMA의 데이터를 분석한 과학자들은 매우 흥미로운 사실을 발견했다. 이 별은 태양의 젊었을 때와 매우 흡사한 모습을 하고 있어서 연구 대상으로 선정되었는데, 독특하게도 태양 - 해왕성 거리의 2.5배에 달하는 거리인 모항성에서 130억km 떨어진 지점에 거대한 먼지와 가스의 고리가 존재한다. 그런데 이 고리에서 밀리미터 크기의 먼지의 농도가 갑자기 증가한 것이 천문학자들의 눈길을 끈 것. 이미 천문학자들은 시뮬레이션과 관측 결과를 통해 이 고리에서 명왕성만 한 크기의 천체들이 형성되었다는 것을 추정한 바 있다. 시간이 지나면서 먼지 고리의 입자와 가스들은 중력에 의해 뭉쳐 소행성과 행성으로 성장하게 될 것이다. 그런데 거꾸로 작은 먼지의 숫자가 급증했다는 것은 놀라운 일이다. 이것을 설명할 가장 가능성 높은 이론은 위의 그림처럼 명왕성만큼 큰 천체가 그보다 약간 작은 소행성과 충돌해 산산조각이 났다는 것이다. 그러면 갑자기 작은 입자의 수가 증가한 것을 잘 설명할 수 있다. 마치 자동차가 부딪치면 사고 현장 주변에 작은 파편들이 깔리는 것과 비슷한 이치다. 아마도 이와 같은 일은 아직 성장 중인 원시 행성계 원반에서 드물지 않게 일어날 것이다. 소행성들과 미행성들이 합체되어 점점 더 크게 자라기 위해서는 적당한 각도에서 적당한 크기의 천체들이 적당한 속도로 충돌해야 한다. 큰 천체에 작은 소행성이 충돌하면, 결국 흡수되어 크기가 더 커질 것이다. 하지만 크기가 거의 비슷한 천체들이 전속력으로 충돌한다면 둘 다 파괴될 수밖에 없다. 행성 하나가 탄생하기까지는 아마도 수많은 충돌과 파괴, 합체의 역사가 있었을 것이다. 우리 지구 역시 현재의 모습이 되기 전에 테이아(Theia)라는 화성 크기의 천체와 충돌한 것으로 여겨지고 있다. 이 충돌의 결과로 지구와 달이 탄생했다는 충돌설이 현재 가장 설득력 있게 받아들여지고 있는데, 우주에서의 충돌은 더 큰 창조를 위한 밑거름인 셈이다. 과연 HD 107146에서의 충돌은 미래에 어떤 결과를 낳게 될지 궁금하다. 사진= ⓒ 포토리아 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

황소자리 별들이 제트를 분출하거나 거품을 일으키고 빛을 폭발시키는 내부 광경을 허블 우주망원경이 포착했다고 유럽남방천문대(ESO)가 6일(현지시간) 발표했다. 허블 망원경을 운영하는 나사(NASA, 미국항공우주국)와 에사(ESA, 유럽우주기구)의 관련 천문학자들은 지구로부터 황소자리 방향으로 약 450광년 거리에 있는 다중성계 황소자리 XZ(XZ Tauri)와 그 이웃 황소자리 HL(HL Tauri), 그리고 그 근처에 있는 몇몇 젊은 항성체의 인상적 모습을 관측했다. 공개된 이미지 가운데 바로 왼쪽에는 녹이 슨 듯한 빛깔의 구름 속에 황소자리 XZ가 있다. 이 천체는 강력한 폭풍과 제트를 방출해 뜨거운 가스 거품을 주변의 우주 공간으로 불어내고 있는데 주변 공간을 밝히면서 환상적인 장면을 연출한다. 이 천체는 거대한 암흑운 LDN 1551의 북동쪽 부분에 있다. 두 별이 쌍성을 이루는 이중성계로 알려졌던 이 천체는 사실 다수의 별로 구성돼 있는데 세 별 중 두 별이 이중성계를 이루고 있다고 한다. 사실 황소자리 XZ는 1995년부터 2000년 사이에 이미 관측됐으며 당시 다중성계 바깥쪽으로 팽창하는 뜨거운 가스 거품이 촬영됐다. 이 거품은 이 천체의 왼쪽 위 바로 가까이에 작은 오렌지빛 구체로 보인다. 이 가스는 매우 빠른 속도로 이 다중성계로부터 벗어나고 있으며 수백억 km까지 퍼진 흔적을 남겨놓고 있다. 이 거품이 이보다 천천히 움직이는 물질들과 충돌할 때 빛의 파동을 촉발하면서 충격파의 잔물결을 일으키게 된다. 황소자리 XZ의 상단 우측으로는 또 하나의 웅장한 모습이 펼쳐진다. 진홍색 다발들이 오른쪽의 푸른색으로 물든 덩어리들을 찢어내는 듯 보인다. 이 밝은 푸른색 천체는 허빅-아로 천체 HH 150과 연관된 황소자리 HL(HL Tauri)로 알려진 별을 품고 있다. 허빅-아로 천체들은 갓 태어나거나 이제 막 형성된 별들에 의해 뜨거운 가스를 우주공간으로 쏟아내며 LDN 1551의 경우는 특별히 이런 극적인 천체를 많이 가지고 있다. 이미지 아래 오른쪽으로는 HH 30이라고 알려진 또 다른 허빅-아로 천체가 보이는데 이는 황소자리 V1213(V1213 Tauri)이라는 변광성과 관련 있다. 이 별은 검은 선에 의해 반이 갈라져 있는 평평하고 밝은 먼지 원반 안에 숨겨져 있다. 이 먼지는 황소자리 V1213으로부터 쏟아져나오는 빛을 차단하고 있지만 별은 반사광과 우주공간으로 쏟아져나오는 뚜렷하고 복잡한 제트를 통해 볼 수 있다. 허블은 1995년과 2000년 사이 광시야행성카메라2(WFPC2)를 이용해 황소자리 XZ와 함께 HH 30을 관측한 바 있다. 당시 관측은 5년에 걸친 원반의 밝기와 제트의 강도에 관한 변화를 연구하기 위한 것이었다. 황소자리 V1213의 강력한 자기장은 원반으로부터 가스를 불러모아 제트를 형성하고 있으며 이를 별의 자기극점을 따라 가속하면서 폭이 좁은 2개의 제트 빔을 만들어낸다. 또한 유럽남방천문대(ESO)는 알마(ALMA) 전파망원경으로 황소자리 HL 주변에서 행성을 형성 중인 원반을 관측 사상 가장 세밀한 데이터를 획득했다. 이 새로운 관측으로 원시행성의 원반이 어떻게 발달하고 행성을 형성하는지를 알아가는 데 있어 하나의 거대한 발걸음이 될 것이라고 천문학자들은 말했다. 사진=ESA/Hubble and NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

한 쌍의 별이 서로 영향을 주는 항성계인 쌍성계. 우리 은하에 있는 별 중 절반 이상이 이런 쌍성계를 이루고 있으며 일각에서는 우리 태양도 쌍성이라는 가설을 주장하기도 한다.　그런데 이런 쌍성계에서 행성 탄생에 관여하는 고리 형태의 가스 흐름에 관한 존재가 세계 최대 전파망원경인 알마(ALMA)의 관측으로 규명돼 학계가 주목하고 있다. 프랑스 국립과학연구소(CNRS)와 보르도천체물리학연구소(LAB) 연구팀이 알마 망원경으로 황소자리 GG 별 A(GG Tau-A)라는 항성 주위의 가스와 먼지의 분포를 조사했다. 이 천체는 태어난지 수백만 년밖에 되지 않은 젊은 항성으로, 황소자리 방향으로 지구로부터 약 460광년 거리에 있다. 이 천체는 황소자리 GG 별 Aa(GG Tau-Aa)와 GG 별 Ab(GG Tau-Ab)로 이뤄진 쌍성이다. 이 쌍성계를 둘러싼 형태로 큰 고리가 있으며 황소자리 GG 별 Aa 주위에 작은 고리가 존재한다. 이 작은 고리에는 목성과 같은 정도의 질량 밖에 없어 고리의 물질이 황소자리 GG 별 Aa로 계속 빨려 들어가고 있지만 이 고리가 안정하게 유지되는 것은 큰 의문이었다. 알마 망원경으로 황소자리 GG 별 A를 관측한 결과, 이 두 고리 사이에서 가스 덩어리가 발견됐다. 공개된 이미지는 외부 고리로부터 내부 고리를 향해 가스가 흘러들어가고 있는 것을 보여준다. 따라서 이 고리는 이른바 ‘생명의 고리’라고도 할 수 있다. 연구를 이끈 안느 듀트리 박사는 “외부 고리로부터 내부 고리에 가스가 흘러들어가는 모습은 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측되고 있었지만 실제로는 관찰되지 않았었다”면서 “이번 관측으로 예측된 가스가 확실하게 존재하는 것을 알 수 있었다”고 말했다. 이를 두고 듀트리 박사는 황소자리 GG 별 Aa 주위의 작은 고리가 마치 외부 고리에 ‘미끼’를 던지는 것 같다고 말하고 있다. 또 그는 “이번 관측으로 외부 고리 덕분에 내부 고리가 장기간 존재할 수 있는 것을 알 수 있었다”면서 “이는 내부 고리에서 행성이 형성됨을 나타내는 중요한 성과이다”고 말했다. 행성은 별이 생성된 뒤에 남겨진 물질이 모여 탄생한다. 행성 탄생은 수천만 년의 시간이 걸리는 것으로 여겨지므로 별 주위의 고리가 그만큼의 기간 동안 안정적으로 존재해야 그 속에서 행성이 태어날 수 있다는 것이다. 이번 발견과 같이 외부 고리에서 내부 고리로 물질이 공급되는 것이 다른 다중성계에서도 보편적으로 일어나고 있는 현상이라면 지금까지 생각했던 것보다 훨씬 많은 장소에서 행성이 탄생할 수 있다고 한다. 현재 외계행성을 찾기 위한 움직임이 활발하게 진행되고 있다. 그 역사를 되돌아보면 외계행성 탐사는 우선 태양처럼 단독 별 주위에서 시작됐다. 지금까지의 연구에서는 다중성계를 도는 목성형의 거대 가스행성이 많이 발견되고 있다. 또 다중성계를 이루는 개별 별 주위에 행성이 존재할 가능성이 논의되고 있다. 이번 알마 망원경의 관측결과는 그런 행성이 존재할 가능성이 높다는 것을 나타내고 있어 외계행성 사냥꾼들에게 새로운 ‘사냥터’를 개방하는 결과라고 할 수 있다. 공동 연구자인 엠마누엘 드폴코는 “별의 절반 이상이 쌍성으로 태어난다. 즉 이번 발견은 우주에 존재하는 많은 별 주위에 행성 형성 과정을 적용할 수 있는 것”이라면서 “행성 형성을 포괄적으로 이해하기 위한 매우 중요한 단계”라고 말했다. 한편 이번 연구성과는 세계적인 학술지 네이처 30일 자로 게재됐다. 사진=ESO/L. Calçada 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr