별에서 나오는 뜨거운 바람, 행성 탄생의 비밀 품고 있다 [사이언스 브런치]

유용하 기자
유용하 기자
업데이트 2024-04-19 14:00
입력 2024-04-19 14:00
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성간 먼지 구름에서 거대 항성 ‘제타 오피우치’가 만들어 내는 항성풍(붉은색)의 적외선 이미지. 태양같은 주계열성의 항성풍은 관측하기가 쉽지 않다.  미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)-칼텍 제공
성간 먼지 구름에서 거대 항성 ‘제타 오피우치’가 만들어 내는 항성풍(붉은색)의 적외선 이미지. 태양같은 주계열성의 항성풍은 관측하기가 쉽지 않다.

미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)-칼텍 제공
태양에서 불어오는 플라스마 입자 흐름을 ‘태양풍’이라고 부른다. 태양풍을 구성하는 입자들은 양성자, 전자, 헬륨 원자핵 등으로 전기를 띄고 있다. 이 때문에 태양풍이 강해지면 전파를 방해해 위성통신이나 레이더 시스템에 장애가 발생하곤 한다.

태양풍은 항성(별)의 상층부 대기에서 분출되는 입자의 흐름인 항성풍(stellar wind)의 일종이다.

오스트리아 빈 대학 천체물리학과, 프랑스 소르본대, 영국 레스터대 물리·천문학과, 미국 존스홉킨스대 응용 물리학 연구실 공동 연구팀은 태양과 유사한 세 개의 항성에서 방출되는 X선을 기록해 항성풍을 직접 감지하고 별의 질량 원리를 찾아냈다고 19일 밝혔다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 4월 12일 자에 실렸다.

태양풍과 태양 자기장이 지배하는 공간인 태양권(Heliosphere)의 유사체인 항성권(Astrosphere)은 ‘항성풍 거품’이라는 별명처럼 항성풍에 의해 성간 공간으로 날아가는 매우 뜨거운 플라스마 거품이 있는 공간이다. 항성풍은 플라스마 형태로 방출되면서 별의 질량 손실을 유발하는 직접 원인이 된다. 항성풍으로 인해 주변 행성이 거주할 수 있는 세계가 되거나, 대기를 완전히 잃은 암석 덩어리 행성으로 진화하기도 한다. 이렇듯 태양과 유사한 저(低)질랑 별의 항성풍에 관한 연구는 항성과 행성의 진화를 이해하는 데 중요한 열쇠가 된다. 또 항성풍은 별과 행성의 진화에 중요한 역할을 하지만 통제 방법은 알려진 것이 없다.

연구팀은 별의 광도에 따라 구분하는 MK 분류법에 따라 태양처럼 광도가 Ⅴ단계인 주계열성(main sequence stars) 별 3개를 대상으로 X선 방출을 관측했다. 연구팀은 유럽우주국(ESA)에서 운영하는 X선 분광 우주망원경인 ‘XMM-뉴턴 우주망원경’으로 지구에서 16.6광년 떨어진 쌍성계인 ‘땅꾼자리 70’(70 Ophiuchi), 지구에서 10.5광년 떨어져 있는 에리다누스자리 엡실론, 11광년 떨어져 있는 백조자리 61(61 Cygni)을 선정해 관측했다.

연구팀은 산소 이온의 스펙트럼선을 관찰해 산소의 양, 별에서 방출되는 항성풍의 총질량을 파악했다. 세 별들의 질량 손실률은 각각 66.5±11.1배, 15.6±4.4배, 9.6±4.1배로 추정됐다. 이는 각별들에서 나오는 항성풍이 태양풍보다 훨씬 강하다는 것을 의미하고, 강한 자기 활동이 일어나고 있다는 의미다.

빈 대학 천체물리학과 수석 과학자 크리스티나 키슬리야코바 박사는 “항성풍의 산소 이온과 세 개의 주계열성 주위 중성 성간 물질, 별들에서 방출되는 X선 전하 교환이 관측된 것은 이번이 처음”이라며 “항성풍을 직접 찾아 이미지 처리하고 주변 행성과의 상호 작용을 연구하는 길을 열어줄 것”이라고 말했다.

유용하 과학전문기자
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