수천 년밖에 안 된 매우 젊은 별
제임스 웹 우주 망원경이 근적외선 관측을 통해서 Herbig-Haro 46/47로 알려진, 활발하게 형성되는 한 쌍의 별을 자세히 관측했다. 중앙 부근 붉은 회절 스파이크의 중앙에서 찾을 수 있는 위 별들은 가스와 먼지로 이루어진 원반으로 둘러싸여 있으며 이미 원반에 깊이 묻혀있는 듯 보인다. 위 별들은 주황빛을 띠는 얼룩같이 보인다. 원반은 보이지 않지만, 중앙 별을 둘러싼 두 개의 어두운 원뿔형 영역에서 그 그림자를 어렴풋이 볼 수 있다. 참고로 위 별들은 벨라자리(Vela)에서 불과 1,470광년 떨어진 곳에 위치해 있다.

위 관측 사진은 제임스 웹 우주망원경에 탑재된 근적외선 카메라(NIRCam)의 근적외선 이미지 6장을 모아서 만든 사진으로 북쪽과 동쪽 나침반 화살표는 하늘에서 이미지의 방향을 나타낸다. 아래에서 본 하늘의 북쪽과 동쪽의 관계는 지상 지도의 방향 화살표(위에서 본 방향)와 비교하여 반전되어야 한다. 또한 적외선 관측 특성상 눈에 보이지 않는 적외선 파장의 빛을 가시광선 색상으로 변환한 사진으로 아래 색상으로 표시된 문자는 빛을 수집할 때 사용된 NIRCam 필터를 나타낸다. 아래 부분 각 필터 이름의 색상은 해당 필터를 통과하는 적외선을 나타내는 데 사용되는 가시광선 색상을 나타낸다. 눈금 막대는 하늘의 각도 거리를 측정하는 단위인 아크분 (1도의 1/60에 해당하는 각도 측정값; 보름달의 각 지름은 약 30 아크분) 단위로 표시된다. 이를 통해서 붉은 천체는 대략 3 아크분 정도 되는 듯 보인다.
허빅-하로 46/47은 태어난 지 수천 년밖에 되지 않았다. 무거운 별 일수록 수명이 짧은데, 특히 태양 질량의 100배가 넘는, O 등급의 매우 밝은 별들은 수명이 100~1,000만 년 정도 된다. 이처럼 별이 형성되고 온전히 진화하는데 최소 수백만 년 이상이 걸리기에, 천문학 입장에서 허빅-하로 46/47는 매우 젊은 별이다. 따라서 새로운 별 탄생과 진화를 연구하기에는 더없이 안성맞춤인 별이다. 또한 상대적으로 질량이 낮은 별인 우리 태양이 어떻게 형성되었는지에 관한 많은 변수를 제공해 줄 수 있는 천체이다.
많은 에너지를 방출하고 있다!
주황빛을 띠는 둥근 돌출부(엽: lobe)는 이 별들의 초기 분출로 만들어졌으며 실 묶음 같은 모양으로 나타나고 있는 더 최근 일어난 분출(파란색 부분)은 주황색 엽을 덮고 있는 회절 스파이크를 따라 이어지고 있다. 특히 최근에 분출된 물질이 오래전 분출 물질과 만나며 엽의 모양이 바뀌는 점은 매우 흥미롭다. 오른쪽을 따라서 분출되고 있는 더 선명한 물결 무늬를 만들고 있으며 보라색 원 부분에서 끝나는 듯 보인다. 왼쪽의 중앙별 근처에서도 연한 파란색의 구불구불한 선이 나타나지만, 붉은 회절 스파이크에 가려지고 있다.

이미 수천 년 동안 이어지고 있는 이러한 분출은 초기 별의 질량 유지에 특히나 중요하다. 특히 별의 초기 인생에서 너무 짧은 시간 동안 주변의 많은 물질들을 '먹어 치우면' 대략 수천 년에 걸쳐 반대 축을 따라 제트를 내보내게 된다. 이를 통해서 별의 스핀을 안정시키는 동시에 질량을 제거하는 방식으로 균형을 맞추게 된다.
반투명한 색깔의 푸른 구름은 성운으로 먼지와 가스가 밀집된 영역이다. 이는 보크 구상체(Bok globule)라고도 부르는데 별이 태어나고 있는 짙은 먼지와 가스로 이루어진 어두운 구름을 뜻한다. 이들은 주로 전리 수소 영역 H II 영역에서 발견되며 질량은 태양의 10~50배 정도로 여겨진다. 크기는 대략 1광년 정도이다. 성운의 가장자리는 이미지의 오른쪽과 아래쪽을 따라 알파벳 'L' 자를 뒤집어 놓은 모양의 윤곽선을 그리고 있다. 이들은 제임스 웹의 민감도가 아니면 관측하지 못했을 천체이다.
특히나 파란색 성운은 중앙 별이 뿜어내는 주황색 제트 모양에 영향을 미치고 있다. 분출 물질이 왼쪽 하단의 성운에 부딪히면 제트가 성운 내의 분자와 상호작용할 기회가 더 많아지며 성운은 더 넓은 모양을 띠며 빛을 발하게 된다.
두 로브의 비대칭을 비교하기 위해 살펴봐야 할 다른 두 영역이 있다. 오른쪽 위를 보면 더 큰 엽과 분리된 것처럼 보이는 스펀지 모양의 분출물을 찾을 수 있다. 몇 가닥의 반투명한 물질 덩어리만이 더 큰 엽을 향하고 있으며 투명한 촉수같이 생긴 천체가 마치 깃발처럼 떠다니는 느낌이다. 이와 대조적으로 왼쪽 아래에서 큰 호를 발견할 수 있다. 둘 다 별로부터 가장 멀리 밀려난 물질로 구성되어 있지만 분출된 시기가 다르다. 또한 왼쪽 분출 부분이 더 크고 밝으며 지구 쪽을 향하고 있다.
천문학자들은 활발하게 활동하며 질량을 증가시키고 있는 한 쌍의 별은 계속해서 분출을 반복할 것이라고 예측하고 있다. 수백만 년이 지나면 이들은 완전히 중장년의 별로 진화하며 주변 대부분 물질들은 깨끗하게 청소될 것이다. 그리고 은하로 가득 찬 우주에서 위 쌍성은 완전히 이들의 모습을 드러내게 된다.
위 영역 너머로 다양한 별과 은하도 보인다. 수많은 흰색과 분홍색 나선 은하는 때로는 회절 스파이크를 보이고 있는 여러 별들보다 더 크게 보이지만 실제로는 훨씬 더 멀리 떨어져 있는 천체들이다. 작고 붉은 점은 가장 오래되고 먼 은하들을 나타내 주고 있다.
제임스 웹만이 가능했던 관측
위 별은 이미 예전부터 매우 유명한 천체였다. 따라서 1950년대부터 지상과 우주에서 많은 망원경을 통해서 연구되어 왔지만, 이처럼 고해상도 근적외선 촬영은 처음이다. 관측팀은 지구와 비교적 가까운 위 천체의 관측과 촬영을 위해서 여러 번의 노출을 이용했다.
가시광선 이미지에서는 검게 보이던 먼지가 푸른 성운의 모습을 띠며 별을 둘러싸고 있음이 완벽히 드러나게 되었다. 가시광선과 적외선의 관측 결과가 사뭇 다른점은 매우 흥미롭다.

가장 눈에 띄는 부분은 역시 주황색으로 표현된 부채꼴 모양으로 펼쳐지고 있는 로브이다. 이 물질의 대부분은 수천 년에 걸쳐 별이 주변을 둘러싸고 있는 가스와 먼지를 섭취하고 배출하는 과정을 반복하면서 별에서 분출된 것으로 허블 우주망원경의 모습으로도 대략 존재가 드러났지만 이토록 자세히 드러난 것은 처음이기 때문이다.
- 김민재 리포터
- minjae.gaspar.kim@gmail.com
- 저작권자 2023-08-25 ⓒ ScienceTimes
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