선명한 행성 탄생 순간, 처음으로 목격하다

우주의 별들은 인간의 인식으론 가늠할 수 없는 시간을 거쳐 탄생과 소멸을 반복한다. 이중 별의 소멸은 자주 볼 수 있다. 크기가 태양의 수십 배에 달해 초신성 폭발을 일으키며 생을 마감하는 별의 소멸 장면은 밤하늘에서 흔하게 관측되는 현상이다.

반면 별이나 행성의 탄생 순간은 가설만 있을 뿐 제대로 관측된 적이 없었다. 지금까지는 데이터 분석을 통해 별의 탄생 후보지를 추정해 이미지화 했을 뿐이었다.

최근 독일과 프랑스 등 국제 공동 연구팀이 인류 역사상 처음으로 항성계 내 행성의 탄생 순간 나오는 빛을 망원경에 담았다. 아직도 풀리지 않은 별의 형성과 진화의 비밀 규명에 속도가 붙을 전망이다.

센타우리자리의 중심별인 PDS70 에서 약 300억 km 떨어진곳에서 별의 형성과정이 생생히 포작됐다. -ESOA. Müller 제공

독일 막스플랑크연구소와 프랑스 그로노블대, 호주 모나쉬대 등 국제 공동 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)의 거대망원경(VLT)을 이용해 지구로부터 약 370광년 떨어진 센타우루스 별자리 근처에서 행성이 생성되는 장면을 선명하게 촬영, 2일 (현지시각) 학술지 ‘천문학및천문물리학’에 발표했다.

어두운 공간에 가스 등의 물질이 있을 때, '원반 형태로 물질이 회전'(Transition disk, 이하 TD)하면서 중심을 향해 뭉칠 경우 중력이 생기고 점차 모양을 갖춰 나간다. 이때 물질의 질량이 크면 태양과 같은 별이 되며, 작으면 지구와 같은 행성이 형성된다는 것이 별 탄생 과정에 대한 가설이다. 학계에선 TD 발생은 주변에 별이 형성되고 있음을 보여주는 것으로 해석한다.

연구를 이끈 독일 막스플랑크연구소 미리암 케플러(Miriam Keppler)는 “우주 공간의 TD는 새로운 행성이 탄생하는 자리로 추정한다”며 “물론 모든 원반이 행성으로 진화하는 것은 아니다”라고 설명했다.

연구팀은 유럽우주국이 칠레에 설치한 ‘스피어 (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research instrument, 이하 SPHERE)’ 망원경으로 2012년부터 2016년까지 4년간 모은 데이터를 분석, 이리듐을 강하게 흡수하는 TD를 찾았다. 동시에 VLT를 이용해 TD에서 방사돼 나오는 빛을 감지하는데 성공했다. 최초로 행성 형성 과정을 사진으로 찍은 것이다.

2012년부터 2016년까지 4년간 새로운 행성 PDS70b가 모양을 갖추는 과정이다.-ESOA. Müller et al. 제공

이 새 행성은 센타우르스 별자리의 중심 항성인 PDS70 주변에 있어 PDS70b라 명명됐다. 목성보다 질량이 수 배 가량 큰 거대 가스행성으로, 표면온도는 1000도로 확인됐다. 중심 항성인 PDS70에서 약 300억 km 떨어져 있는 것으로 분석됐다. 이는 태양에서 천왕성까지 거리에 해당한다.

막스플랑크연구소 앤드루 뮐러 박사는 “ 별의 진화 과정 중 탄생 초기에 대해 보다 명확히 알기 위해선 별의 탄생 장면을 더 많이 찾아 종합적으로 분석해야 한다”며 “이번 연구는 그 시발점이 될 것”이라고 말했다.

[김진호 기자 twok@donga.com]