‘규산염 결정화’ 태양계 탄생 비밀 풀었다

서울대 이정은 교수팀, 네이처 게재
행성 형성 메커니즘 새 이정표 세워

이정은 서울대 교수가 19일 정부세종청사 과학기술정보통신부에서 별이 생성될 때 규산염이 결정화되는 과정을 제임스 웹 우주망원경으로 관측하여 입증한 연구결과를 설명하고 있다. [연합]

국내 연구진이 천문학계의 오랜 미스테리로 남아있던 태양계 형성 초기의 비밀을 제임스 웹 우주망원경을 이용해 밝혀 냈다.

과학기술정보통신부는 서울대학교 이정은 교수 연구팀이 한국천문연구원, 미국·캐나다·유럽·중국·일본 천문학자들과 공동연구를 통해 별이 생성될 때 규산염이 결정화되는 과정을 세계 최초 관측하고 입증하는데 성공했다고 밝혔다. 행성이 형성되는 원리에 대한 새 이정표를 제시해 태양계와 같은 행성계의 오랜 수수께끼를 푸는 중요한 단서를 마련했다는 평가다.

이번 연구성과는 세계 최고 권위 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 22일 게재됐다.

지구의 지각을 구성하고 있는 물질 중 약 90%를 차지하는 규산염은 지구형 행성과 혜성을 구성하는 핵심 성분이다. 특히 규칙적인 결정 구조를 가지는 결정질 규산염은 600도 이상 고온 환경에서만 만들어지는 것으로 알려져 있다. 행성의 탄생 과정을 이해하기 위해서는 행성계 형성 초기에 이 규산염이 언제·어디서 만들어졌는지를 밝혀야 한다.

하지만 별과 먼 암석형 행성뿐 아니라 극도로 차가운 태양계 외곽에 위치한 혜성에서도 결정질 규산염이 발견돼 이 물질이 어떻게 만들어져 이곳까지 이동했는지 의문이 제기돼 왔다. 전세계 천문학자들은 난류 혼합이나 대규모 물질 이동 등의 가설을 세워 추측하는 데에만 그쳤을 뿐 규산염의 결정화와 이동이 동시에 일어나는 것이 관측되는 증거는 찾지 못했다.

이정은 교수는 20여 년 동안 별이 태어나는 과정을 연구하면서, 태아별의 폭발적 질량 유입이 혜성을 구성하는 성분의 화학적 상태를 근본적으로 변화시킬 것으로 예상해 왔다.

문제는 이 같은 변화를 정확히 관측할 수 있는 감도와 해상도를 가진 망원경이 없었던 것인데 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경의 등장으로 해결됐다.

국내에서 유일하게 제임스 웹 우주망원경 관측 시간을 확보한 연구팀은 뱀자리 성운에 위치한 태아별 EC 53에 주목했다. EC 53은 약 18개월 주기로 밝기가 변화하기 때문에 폭발기와 휴지기를 명확히 구분할 수 있는 천체다.

EC 53의 휴지기와 폭발기에서 관측하고 분자 조성을 비교한 결과, 폭발 단계에서만 결정질 광물의 스펙트럼이 검출되는 것을 확인했다. 이는 규산염 결정화가 태아별에 가까운 뜨거운 원반 안쪽에서 실제로 일어남을 확인하는 결과다. 또한 원반 안쪽에서 생성된 결정질 규산염이 원반풍에 의해 차가운 외곽으로 운반될 수 있다는 것도 밝혀냈다. 구본혁 기자