국내연구진, '구상성단' 화학적 이질성 난제 해결

네이처 게재, 구상성단 형성과정 규명하는 결정적 단서 제공

[아시아경제 김철현 기자]국내 연구진에 의해 지난 30년간 풀리지 않았던 '구상성단(球狀星團)의 화학적 이질성에 관한 난제'가 해결됐다.

교육과학기술부와 한국연구재단은 세종대학교 천문우주학과 이재우 교수팀이 대부분의 '구상성단'이 다양한 화학적 진화를 거친 '다중종족'으로 구성됐다는 사실과 다중종족의 형성에 미치는 '초신성'의 결정적 영향을 규명했다고 26일 밝혔다.

이재우 교수를 비롯해 강영운 교수, 이영욱 연세대 교수 등이 참여한 이번 연구의 결과는 '네이처(Nature)' 26일자에 주요 논문으로 선정돼 해설기사와 함께 게재됐다.

이번 연구는 '구상성단'내 화학조성의 이질성에 대한 기원을 밝힘으로써 '구상성단'과 태양계가 속해 있는 '우리은하'의 형성 과정을 규명하는 결정적인 단서를 제공한 것으로 평가받고 있다.

연구팀에 따르면 별의 집단이 공 모양으로 모여 있는 것을 '구상성단'이라고 한다. '구상성단'은 수십만에서 수백만 개 이상의 오래된 별들로 구성돼 있는 것으로 알려져 있으며 ▲우주의 연대측정 ▲은하의 형성 ▲별의 진화 등을 연구하는 데 중요한 역할을 하고 있다.

연구팀 관계자는 "대부분의 '구상성단'에 속한 별들은 동일한 나이와 동일한 화학조성을 지닌 별이라고 인식돼 왔으나, 1970년대부터 우리은하의 구상성단에 속한 별들에서 가벼운 원소함량의 이질성이 발견되기 시작했다"며 "이러한 이질성은 현재 우리은하에서 관측되고 있는 구상성단의 질량 규모, 나이, 화학조성을 가정한 항성진화모형을 사용해 규명하기 어렵다"고 설명했다.

이재우 교수팀은 칠레 세로토롤로 미국립천문대 1.0m 망원경과 칼슘필터를 사용해 지난 2006년부터 40여개의 구상성단과 은하중심영역에 대한 탐사 관측을 수행했다.

연구팀은 관측 자료를 분석한 결과, 우리은하에 존재하는 대부분의 구상성단은 칼슘 등 중원소 함량이 등질하게 분포돼 있을 것이라는 기존의 이론과 달리, 전체 구상성단의 50% 이상에서 그 구성 별들의 칼슘함량이 매우 다양한 것으로 나타났다고 밝혔다.

연구팀 측은 "이는 여러 세대에 걸친 화학적 진화 과정을 통해 다양한 중원소 함량을 가진 물질로부터 구상성단의 별들이 생성됐음을 의미한다"고 설명했다.

연구팀 관계자는 "칼슘을 포함한 특정 중원소들은 매우 무거운 별의 최후단계인 초신성 폭발의 잔재로 만들어진다"며 "이 잔재물로부터 새로운 별들이 생성되기 위해서는 적어도 구상성단 보다 매우 무거운 왜소은하 정도의 질량 규모가 필요하다"고 말했다. 현재 우리은하에 존재하는 대부분의 구상성단은 내부에서 형성된 것이 아니라 '왜소은하' 규모의 천체가 병합되는 과정 중에서 중심핵만 남아있는 것이라는 설명이다.

이번 연구를 주도한 이재우 교수는 "이번 연구 결과는 구상성단에 대한 일반인들의 인식과 기존 학계의 이론을 완전히 바꿀 수 있는 중요한 것"이라며 "연구팀이 수행하는 '은하중심영역의 초기우주천체 탐사작업'은 은하 형성이론에도 중대한 전환점을 가져올 것으로 기대하고 있다"고 밝혔다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr