지구와 같은 행성들이 어떻게 만들어지고 있을까?

최근 천문학자들이 첨단 장비를 활용해 태양계 밖에서 행성이 어떻게 생성되고 있는지 그 과정을 관측하고 있는 중이다.

프랑스 PSL 대학 연구팀은 최근 유럽남천문대(ESO)의 초대형 망원경 VLT를 사용해 520 광년 떨어진 곳에 있는 젊은 별 ‘마차부자리 AB(AB Aurigae)’ 주변에서 행성이 형성되는 과정을 관측한 바 있다.

시‧공간적인 차원에서 행성 관측에 성공

VLT에 장착된 특수 카메라 스피어(SPHERE)로 촬영한 영상을 보면 가스와 같은 나선팔(spiral arms)이 소용돌이치고 있었다.

연구진은 중앙의 밝은 황색 부분 나선팔 ‘접점(twist)’을 지목하고, 그곳에서 행성이 만들어지는 것으로 추정하고 있다고 밝혔다. 행성이 형성되는 것으로 보이는 이미지가 포착된 최초의 관측 사례다.

6월 들어서는 젊은 별들 주변에서 행성들이 매우 빠르게 형성되고 있다는 사실을 관측한 연구 결과들이 발표되고 있다.

17일 ‘사이언스’ 지는 네덜란드 레이덴 관측소(Leiden Observatory)의 천문학자들이 칠레에 있는 세계 최대 전파망원경 알마(ALMA)를 통해 젊은 별들 주변에서 행성들이 매우 빠르게 형성되고 있는 모습을 관측했다고 전했다.

연구팀이 발견한 새로운 사실은 지구와 같은 행성들이 예상했던 것보다 훨씬 더 빠르게 형성되고 있다는 것이다.

관측 결과 행성이 생성되는데 50만 년이 채 안 걸렸는데 우주 시간으로 보았을 때에는 눈 깜빡할 정도의 매우 짧은 시간(cosmic eye blink)에 불과하다.

확인된 또 다른 사실은 실제로 행성이 형성되는 과정에서 극히 적은 물질(far too little materials)이 결합되고 있다는 것이다. 천문학자들이 시‧공간적인 차원에서 행성이 형성되는 과정을 확인한 것은 이번이 처음이다.

오래전부터 인류는 삶의 기반이 되고 있는 지구 탄생 과정에 의문을 품고 다양한 연구를 진행해왔다.

그리고 칸트와 라플라스가 주장한 성운설(星雲說)을 모태로 다양한 연구 결과들이 발표됐지만 태양계가 아닌 다른 우주에서 지구와 같은 행성들의 생성과정을 관측하기 시작한 것은 최근의 일이다.

행성이 완성되는데 많은 물질 필요치 않아

새로운 행성은 새로 탄생한 젊은 별 주변의 원반처럼 생긴 거대한 가스‧먼지 층으로부터 생성된다.

이 과정에서 별과 가스‧먼지 층으로부터 강렬한 빛이 발산되는데 강한 빛으로 인해 작은 행성이 어떻게 형성되고 있는지 관측이 힘들었다. 더구나 형성 과정에서 어떤 물질들이 얼마나 많이 합류하는지 파악하는 일은 더욱 힘든 과제였다.

레이덴 관측소 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 첨단 시설이 장착된 세계 최대의 전파망원경 알마(ALMA)를 활용했다.

수십 대의 전파망원경으로부터 데이터를 수집했으며 분석과 편집을 통해 100만~300만 광년 사이의 젊은 별들 주변에 가스‧먼지 층 원반이 형성돼 있으며, 그 안에서 행성들이 어떻게 생성되고 있는지 모습을 확인할 수 있었다.

분석 결과 이들 영상들은 행성들이 형성되는 과정에서 마지막 단계에 도달하고 있었다. 그런 만큼 행성 형성 초기 과정에 합류하고 있던 많은 물질들이 사라져 많은 부분이 공백 상태에 들어가 있었다.

이 같은 분석 결과는 행성이 완성되는데 천문학자들이 예상했던 것처럼 많은 물질이 필요하지 않다는 것을 말해주는 것이다.

연구를 이끈 루카츠 티코닉(Łukasz Tychoniec) 박사는 “행성 형성 과정을 완벽히 밝혀내기 위해서는 행성이 형성되기 시작한 초기 과정을 관측해야 한다.”며, 행성 생성과정을 보완할 새로운 행성 관측을 시도하고 있다고 밝혔다.

현재 연구진은 새로운 관측을 위해 알마(ALMA)와 미국 뉴멕시코 주의 브이엘에이(VLA)를 통해 지구에서 600광년 떨어진 가스 구름인 페르세우스 분자 구름(Perseus molecular cloud) 안의 77개 원시행성을 연구하고 있는 중이다.

이들 젊은 별들은 생성된 지 10만~50만 년에 불과하다. 이들 별 주변의 원반으로부터 발산되고 있는 적외선의 양을 관측해 생성되고 있는 행성의 크기와 구성 물질들을 파악하고 있는 중이다.

연구팀은 이 같은 연구 결과를 담은 논문을 최근 논문 초고 사이트 ‘아카이브(arXiv.org)’에 공개했다. 제목은 ‘Dust masses of young disks: constraining the initial solid reservoir for planet formation’이다.