아직 태어나기 전 태초의 행성계를 보다 [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

DG Tau의 디스크를 0.87 mm, 1.3 mm, 3.1 mm 파장에서 본 ALMA 관측 이미지. 사진=ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Ohashi et al

지구를 비롯한 태양계의 8개 행성과 소행성들은 46억 년 전 원시 태양 주변에 있던 가스와 먼지에서 탄생했다. 이런 가스와 먼지는 별 주변에 원반처럼 모여 있기 때문에 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)라고 부른다. 원시 행성계 원반에서 작은 크기의 입자가 합체와 충돌을 반복하면서 점점 더 커진 천체가 최종적으로 같은 궤도에 있는 다른 천체들을 압도하고 행성의 위치에 오른 것이다.

물론 과학자들도 46억 년 전으로 거슬러 올라가 이 과정을 연구할 순 없다. 대신 망원경으로 갓 태어난 행성 주변의 원시 행성계 원반과 원시 행성을 관측하면 단계별로 어떤 일이 일어나는지 조사할 수 있다. 과학자들은 원시 행성계 원반에서 생성되는 행성이나 생성이 시작된 증거를 다수 찾아냈다.

하지만 사실 행성 생성 과정 중 가장 초기 단계에 대한 데이터는 부족했다. 아직 원시 행성이 생성되기 전 순수한 가스와 먼지로 된 초기 단계의 원시 행성계 원반을 관측하기 어려웠던 것이다. 일본국립천문대 오하시 사토시가 이끄는 국제 과학자팀은 칠레에 설치된 강력한 전파 망원경인 ALMA를 이용해 갓 태어난 별인 DG 타우(DG Tau)의 원시 행성계 원반을 관측했다. 그 결과 이 원시 행성계 원반은 행성급 천체가 전혀 없는 깨끗한 원반 구조라는 사실이 드러났다.

일반적으로 원시 행성이 생성되면 그 궤도에서 가스와 먼지를 흡수하기 때문에 마치 레코드판처럼 무늬가 나타나거나 아예 물질이 거의 없는 간극이 나타난다. 하지만 ALMA의 0.87mm, 1.3mm, 3.1mm 트리플 밴드에서 관측한 결과를 분석한 결과 DG 타우에는 이런 흔적이 없었다.(사진) 아직 행성 생성이 시작하기 전 단계를 연구하기에 적당한 대상을 찾은 셈이다.

관측 결과를 더 분석한 연구팀은 기존의 이론적 예측과 달리 원시 행성계 원반의 먼지 입자가 별에서 가까운 쪽이 아니라 먼 쪽으로 갈수록 더 커진다는 사실을 확인했다. 행성이 디스크의 안쪽에서 먼저 생긴다는 예상과는 반대되는 결과이지만, 별에서 가까운 쪽의 먼지와 가스 밀도가 높은 편이기 때문에 앞으로 행성 생성 속도에 가속도가 붙을 수 있다.

46억 년 전 지구도 이런 원시 행성계 원반의 안쪽 디스크에서 생성됐다. 그때로 돌아가 어떻게 지구가 만들어졌는지 확인할 순 없지만, 과학자들은 끊임없이 우주를 관측해 태초에 지구가 만들어진 과정을 하나씩 밝혀내고 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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