무거운 별 '탄생'의 비밀 풀린다

천문연, 일산화규소 메이저원의 새로운 두 천체 발견

▲G75.78+0.34에 대해 ALMA로 관측한 86GHz 대역 전파 관측 영상에 SiO 메이저의 등고선(흰색)을 중첩시킨 영상. SiO 메이저가 가장 센 분자구름 핵(CORE)과 연계되어 있음을 볼 수 있다.[사진제공=천문연]

[아시아경제 정종오 기자] 태양보다 10배 이상 무거운 별의 탄생에 대한 비밀이 풀릴 것으로 기대된다. 국내 연구팀이 '무거운 별'의 탄생에 대해 새로운 사실을 밝혀냈다. 무거운 별은 가벼운 별 탄생과 달리 멀고 두꺼운 분자구름 속에서 진행돼 관측이 더 어렵고 잘 알려져 있지 않다.

전파의 일종인 메이저를 관측하면 분자구름 깊숙이 파묻혀 있는 원시성(아기별) 가까이까지 볼 수 있어 그 초기 탄생과정을 연구하는 중요한 단서를 제공한다.

한국천문연구원(원장 한인우) 조세형 연구위원 등은 한국우주전파관측망(이하 KVN)의 단일 망원경을 활용해 무거운 별이 탄생 과정에서 방출하는 메이저를 검출하고 이를 아타카마 전파간섭계(이하 ALMA)로 확인했다.

거대한 분자구름 핵에서 많은 물질을 분출하며 탄생하는 무거운 별 주변에는 일산화탄소(CO), 물(H2O), 일산화규소(SiO) 등 여러 분자들이 함께 존재한다. 이 중 물(H2O)과 일산화규소(SiO)는 메이저를 방출한다. 별이 탄생하는 영역에서 물(H2O) 메이저는 천 개 이상의 천체에서 많이 발견됐다. 일산화규소(SiO) 메이저는 지금까지 다섯 개 천체에서만 관측됐다. 연구팀이 이번에 관측한 일산화규소 메이저 방출원인 'G19.61-0.23'과 'G75.78+0.34'는 각각 여섯 번째와 일곱 번째 일산화규소 메이저 방출 천체로 확정됐다.

조세형 연구위원은 "일산화규소 메이저는 밀도와 온도가 높은 영역의 무거운 원시성(아기별) 근처에서 나오고 있기 때문에 다른 파장대의 관측으로는 알기 어려운 원시성 위치와 활동성을 연구하는 데 중요한 단서를 제공한다"며 "KVN과 ALMA를 통해 계속적으로 별의 탄생 과정을 연구해나갈 계획"이라고 말했다.

◆'메이저'는 무엇?

메이저(MASER, microwave amplification by stimulated emission of radiation)는 레이저(LASER, light amplification by stimulated emission of radiation)와 파장영역이 다를 뿐 발생 원리가 동일하다. 일반적으로 분자나 원자의 전자는 안정된 상태에서 낮은 에너지 레벨에 더 많은 확률로 분포하고 있다. 외부의 자극에 의해 높은 에너지 레벨의 전자 분포가 낮은 에너지 레벨의 분포보다 많아지는 역전 현상이 일어날 수 있다.

역전 현상이 일어나면 이 매질을 통과하는 빛이나 전파의 세기가 통과하는 거리에 따라서 기하급수적으로 증폭된다. 이런 과정을 통해 생성된 전파는 특정한 주파수에서 매우 강한 간섭 효과가 나타나고, 이를 메이저라고 한다. 우주의 메이저는 주로 만기형 별과 별 탄생 영역, 그리고 활동성 은하에서 관측된다. 일산화규소(SiO), 물(H2O), 수산화기(OH), 메탄올(CH3OH) 등의 분자가 메이저를 발생한다.