[과학을 읽다]별 헤는 밤…그 역사를 보다

새로운 천체 관측 코로나그래프에 관심

▲갈색왜성인 'HIP 79124 B'. 이 왜성은 태양과 지구의 거리(1AU)보다 주 항성으로부터 약 23배(23AU) 떨어져 있다.[사진제공=NASA]

[아시아경제 정종오 기자] 외계 항성계와 행성을 탐험할 수 있는 새로운 길이 열렸습니다. 외계행성을 찾고 행성이 어떻게 만들어지는 지에 대한 실마리를 찾을 수 있을 것으로 기대됩니다.

최근 하와이에 있는 W.M. 켁 천문대(Keck Observatory)에서 관측된 자료를 근거로 두 개의 새로운 논문이 천문학저널(Astronomical Journal)에 발표됐습니다. 이들 논문은 갈색왜성과 행성계 시스템에 대한 내용을 담고 있어 눈길을 끌고 있습니다.

특히 이번 논문에는 주항성에 가깝게 있는 갈색왜성과 행성 형성의 실마리를 가늠해 볼 수 있어 주목받고 있습니다. 갈색왜성은 행성보다는 큰데 항성보다는 질량이 작고 가시광선 영역의 빛을 내지 못하는 천체를 말합니다. 온도가 대단히 낮고 크기가 작기 때문에 직접 관측되지 않았습니다.

켁 천문대에 설치한 '보텍스 코로나그래프(Vortex Coronagraph, 이하 VC)'를 통해 갈색왜성을 찍는데 성공했습니다. 코로나그래프는 개기일식이 아닌 평상시에 태양의 빛을 가려 코로나 방출을 파악하는 장비를 말합니다. 이를 켁 천문대에 설치해 외계행성을 찾는데 응용한 것입니다.

VC는 지금까지 있는 그 어떤 장비보다 주 항성에 가깝게 있는 갈색왜성과 행성계 시스템을 이미징할 수 있는 장비입니다.

드미트리 마웻 미국 항공우주국(NASA) 박사는 "VC는 목성과 토성이 형성되는 거대 행성이 있는 별 주변을 엿볼 수 있는 장비"라며 "이전까지 우리는 매우 먼 곳에서 탄생했던 거대 가스행성만을 이미징할 수 있었다"고 말했습니다. 마웻 박사는 "VC는 앞으로 태양계의 목성처럼 항성을 공전하는 행성을 볼 수 있을 것"이라고 내다봤습니다.

이번 논문 중 첫 번째 결과물은 갈색왜성인 'HIP79124 B'에 대한 내용이었습니다. 이 갈색왜성은 주 항성으로부터 약 23AU 떨어져 있었습니다. 1AU는 태양과 지구의 거리에 해당되는 1억5000만㎞를 의미합니다.

두 번째 관련 논문은 젊은 별인 'HD141569A'와 그 주변에 있는 행성형성 물질, 즉 먼지 고리에 대한 내용이었습니다. 이 논문에서 행성 형성 물질은 조약돌 크기의 감람석으로 이뤄져 있음이 밝혀졌습니다. 감람석은 지구 맨틀(하부면)에 풍부한 규산염 중 하나입니다. 먼지 고리 중 가장 안쪽 고리는 온도가 영하 173도에 이르렀습니다. 이는 태양계의 소행성대(화성과 목성 사이) 온도보다 높습니다.

마웻 박사는 "젊은 별 주변의 세 개의 고리는 마치 러시안 인형처럼 둥지를 틀고 있다"며 "행성 시스템 형성을 연상시키는 드라마틱한 변화를 겪고 있는 중"이라고 설명했습니다.

VC는 2005년 마웻 박사가 개발했습니다. 이번 VC의 연구 성과로 앞으로 항성의 밝은 빛 때문에 가려져 있었던 행성형성 지역에 대한 연구에 큰 전환점이 마련될 것으로 전망됩니다. 주항성에서 뿜어져 나오는 빛을 가리고 이를 통해 그 주변의 갈색왜성과 행성을 찾아낼 수 있기 때문입니다.

마치 손으로 햇빛을 가리거나 자동차의 빛 가리개를 통해 물체를 더 잘 볼 수 있는 것과 같은 원리입니다. 마웻 박사는 "허리케인의 경우 그 중시에 '폭풍의 눈'을 가지고 있는 것처럼 VC는 기본적으로 '광학 폭풍의 눈'을 통해 천체를 볼 수 있다"고 설명했습니다.

연구자들은 VC를 통해 앞으로 더 많은 젊은 행성계 시스템을 파악할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 이중 특히 '프로스트 라인(frost lines)' 근처에 있는 특정 행성을 볼 수 있을 것으로 예상했습니다. '프로스트 라인'이란 온도가 낮아 휘발성 분자인 물, 메탄, 이산화탄소가 있는 별 주변의 지역을 말합니다. 태양계에서도 이 '프로스트 라인'에 따라 암석형 행성과 가스형 행성으로 나눠집니다.

이 같은 관찰을 통해 '프로스트 라인' 가까운 곳에서 행성이 처음으로 탄생해 이동했는지, 아니면 항성 근처에서 형성됐는지 등을 알 수 있습니다.

▲젊은 별인 'HD 141569'를 둘러싸고 있는 행성계 물질의 먼지 디스크. 이 별은 지구에서 약 380광년 떨어져 있다.[사진제공=NASA]

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr