행성 형성 초기 수수께끼 풀었다…‘규산염’ 생성·이동 비밀 알아내

이정은 서울대 교수팀, 규산염 결정화 및 이동 관측 성공 제임스웹우주망원경 활용...태아별 원반 안쪽에서 결정화 결정질 규산염, 원반풍에 의해 차가운 외곽 이동도 규명 국내 연구진이 별이 생성할 때 지구형 행성과 혜성의 핵심 성분인 규산염이 결정화되는 과정을 세계 최초로 관측하는 데 성공했다. 태양계 형성 초기 물질 순환에 대한 이해를 확장시키고, 태양계뿐 아니라 행성계 형성 과정의 수수께끼를 푸는 과학적 근거로 활용될 전망이다. 과학기술정보통신부는 이정은 서울대 교수 연구팀이 제임스 웹 망원경으로 이용해 별 형성 초기 단계에서 발생하는 폭발적 질량 유입이 규산염을 결정화시키고, 결정된 규산염이 원반 외곽으로 이동하는 것을 관측했다고 22일 밝혔다. 이 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처’에 발표됐다. 지구의 지각을 구성하는 물질 중 약 90%를 차지하는 규산염은 지구형 행성과 혜성을 구성하는 핵심 광물이다. 규칙적인 결정 구조를 가지는 결정질 규산염은 600도 이상 고온 환경에서만 형성되는 것으로 알려져 있다. 하지만, 극도로 차가운 태양계 외곽에 위치한 혜성에서도 결정질 규산염이 발견되면서 고온 환경에서 형성된 물질이 어떻게 만들어져 태양계 외곽까지 이동했는지 의문이 제기돼 왔다. 학계에서는 난류 혼합이나 대규모 물질 이동 등의 가설을 세워 추측하는 데만 그쳐 왔을 뿐 규산염 결정화와 이동이 동시에 일어나는 현상을 관측하지 못했다. 연구팀은 뱀자리 성운에 위치한 태아별 ‘EC 53’을 관측 대상으로 삼았다. EC 53은 약 18개월 주기로 반복적으로 밝아지는 태아별로, 폭발기와 휴지기를 명확히 구분할 수 있는 드문 천체다. 연구팀은 제임스 웹 우주망원경에 탑재된 중적외선 분광기를 이용해 EC 53의 휴지기와 폭발기를 관측한 결과, 폭발 단계에서만 결정질 광물의 스펙트럼이 검출되는 것을 확인했다. 반면 상대적으로 낮은 온도에서는 결정질 광물이 검출되지 않았다. 이는 결정질 규산염이 폭발 단계 동안 태아별에 가장 뜨거운 원반 안쪽에서 새롭게 형성됐음을 보여준 결과라고 연구팀은 설명했다. 또 웹 망원경의 높은 분해능을 토대로 원반 안에서 생성된 결정질 규산염이 원반풍에 의해 차가운 외곽으로 운반될 수 있다는 점도 밝혀냈다. 원반풍은 원반 내부에서 형성된 물질을 외곽 영역으로 운반하는 역할을 하며, 별 형성 과정에서 질량과 각운동량을 조절하고 원반의 진화 및 행성 형성 환경에 중요한 영향을 미친다. 이번 연구는 연구팀이 오랜 기간 연구하며 쌓은 이론적 예측을 최신 과학장비를 통해 증명해 결실을 본 것으로 평가받는다. 이정은 서울대 교수는 “앞으로 후속 관측을 통해 규산염 결정화와 물질 이동 과정의 보편성과 진화 단계에 따른 의존성을 검증할 계획”이라며 “제임스 웹 우주망원경을 활용한 시계열 관측 연구의 중요한 기준점이 될 것으로 기대한다”고 말했다.