우주에서 가장 흔한 별인 적색왜성(red dwarf)이 형성 초기 단계에서 주변에 있는 지구형 암석 행성이나 행성 물질을 삼켜버릴 수 있다는 것을 보여주는 강력한 증거가 발견됐다.

영국 킬대와 엑서터대 연구팀은 30일 영국왕립천문학회 월보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에서 젊은 산개성단(open cluster) 내 적색왜성들을 분석, 이런 별에 있어서는 안 되는 리튬이 비정상적으로 많은 별 6개를 발견했다며 이같이 밝혔다.

논문 제1 저자인 킬대 로빈 제프리스 교수는 "적색왜성에서는 별 형성 직후 리튬이 대부분 파괴됐어야 한다"며 "적색왜성 대기에 있는 리튬은 별이 리튬이 풍부한 행성 물질을 삼킨 흔적일 가능성을 보여주는 증거"라고 말했다.

연구팀은 이 연구에서 유럽 가이아-ESO(Gaia-ESO) 분광 탐사 자료를 이용해 나이 5천만~2억년인 산개성단 15개에 속한 별 1천400여개를 조사했다.

그 결과 3개 산개성단(NGC 2516, Blanco 1, NGC 2451a)에서 다른 비슷한 별들보다 리튬 함량이 유난히 높은 초기 M형 왜성(적색왜성) 6개가 확인됐다.

연구팀은 적색왜성은 크기가 태양보다 훨씬 작고 표면온도도 낮지만, 내부는 매우 뜨거워 형성 초기 핵반응 과정에서 리튬이 거의 모두 파괴되기 때문에 수천만~수억 년이 지난 적색왜성에서 리튬이 검출되는 것은 매우 이례적이라고 설명했다.

제프리스 교수는 별빛의 스펙트럼에는 서로 다른 물질이 전자기복사와 상호작용한 흔적이 남고 이를 통해 구성 물질을 알 수 있다며 "아주 적은 양의 리튬도 흰색 캔버스에 페인트를 뿌린 것처럼 뚜렷하게 드러난다"고 말했다.

연구팀은 이 별들이 주변에 있던 지구형 암석 행성들을 흡수한 것으로 보이며, 그 과정에서 지구 질량의 3~10배에 해당하는 행성 물질이 유입돼 리튬이 고갈돼 있던 별의 대기에 새로운 리튬을 공급한 것으로 추정했다.

또 분석 결과 이 별들은 위치와 운동 특성, 밝기, 색깔 등이 모두 성단 내 다른 정상적인 별들과 일치했다며 대부분 쌍성 징후가 없고 느리게 자전하는 별이어서 자기장이나 빠른 자전 등에 의해 리튬 소모가 억제됐을 가능성은 작다고 설명했다.

이어 관측 결과는 행성계 형성 과정에서 행성들 사이의 중력 상호작용으로 일부 암석형 행성이 중심별 쪽으로 밀려들어 가 별에 흡수되는 시나리오와 가장 잘 맞는다며 이런 현상은 태양계에서도 과거 일어났을 가능성이 있다고 말했다.

기존 시뮬레이션 연구에서도 젊은 행성계에서 일부 행성이 별에 빨려들 가능성이 제기돼 왔으며, 리튬이 비정상적으로 많은 적색왜성은 비슷한 연령대와 온도 범위의 연구 대상 적색왜성 집단의 2~3%를 차지하는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 리튬은 시간이 지나면서 다시 파괴되기 때문에 실제 별의 행성 삼킴 사건은 빈도가 더 높을 가능성이 있다며 더 많은 성단과 적색왜성을 조사하면 별의 행성 삼킴 현상이 얼마나 자주 일어나는지 정확히 알 수 있을 것이라고 말했다.

◆ 출처 : Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, R. D. Jeffries et al., 'Lithium-rich M-dwarfs at the ZAMS: evidence for planetary engulfment?', http://dx.doi.org/10.1093/mnras/stag815