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태양계 초기에 행성·위성·미행성체 같은 고체 천체가 만들어질 때 얼음·유기 분자가 많은 차가운 미세먼지인 기질(matrix)보다 열에 의해 만들어진 작은 암석 입자인 콘드룰이 주로 선별돼 편입됐다는 연구 결과가 나왔다.

미국 예일대 다만비르 그레왈 교수팀은 18일 과학저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에서 태양계 형성 후 첫 100만년 이내에 이미 먼지 기질보다 뜨거운 콘드룰(chondrule)이 초기 천체에 선별적으로 편입됐음을 보여주는 지구화학적 증거를 처음 확인했다고 밝혔다.

연구팀은 태양계 외곽에서 가장 이른 시기에 형성된 고체 천체는 콘드룰 비율이 83~92%인 반면 얼음과 휘발성 물질이 풍부한 차가운 미세먼지는 매우 적었다며 이는 천체의 재료가 처음부터 무작위로 섞인 게 아니라 특정 성분이 선택적으로 편입됐음을 보여준다고 말했다.

태양계에서 처음으로 행성, 위성 같은 고체 천체가 만들어질 때는 기본적으로 두 가지 재료가 있었다. 하나는 열에 의해 만들어진 수㎜ 크기의 암석 조각인 콘드룰이고, 다른 하나는 얼음과 유기 분자가 풍부한 차가운 먼지 입자 기질이었다.

콘드룰은 유기 화합물과 물을 포함하는 가장 원시적인 암석 운석인 콘드라이트 내부에서 발견되며, 더 일찍 형성된 콘드라이트일수록 콘드룰 비율이 높고 먼지 기질 비율은 낮은 것으로 알려져 있다.

연구팀은 이런 현상은 초기 천체가 만들어지던 영역에서 얼음 먼지가 이미 콘드룰에 밀려났음을 시사하지만 태양계 초기 100만년에 만들어진 천체는 보존된 것이 없어 당시 콘드룰과 먼지 기질 비율은 확인하기 어려웠다고 지적했다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 태양계 외곽에서 나온 철 운석을 분석했다. 이 철 운석의 모천체는 방사성 알루미늄-26을 많이 축적하면서 완전히 녹아, 원래 어떤 물질로 구성됐는지를 보여주는 물리적 흔적이 모두 사라진 상태였다.

연구팀은 대신 운석에 남아 있는 두 가지 화학적 흔적, 즉 먼지에 많이 들어있는 황과 원래 천체에 물 얼음과 산화된 먼지가 얼마나 포함돼 있었는지 알려주는 철의 산화 상태를 이용해 모천체의 콘드룰과 먼지 기질 비율을 추정했다.

분석 결과 이 철 운석의 모천체가 완전히 녹기 전 원래 구성은 콘드룰이 83~92%, 미세 먼지인 기질이 8~17%였던 것으로 추정됐다.

이는 지금까지 알려진 어떤 콘드라이트보다도 먼지 기질의 비율이 낮은 것이다.

연구팀은 황과 철의 산화 상태라는 독립된 두 가지 화학적 단서가 같은 결과를 가리켰다는 점에서 콘드룰과 먼지 비율 추정치는 신뢰할 만하다고 말했다.

이어 이 연구는 특정 재료가 천체 형성에 선별적으로 편입되는 현상이 이미 확인된 태양계 탄생 200만~400만년 뒤보다 훨씬 이른 첫 100만년 안에도 일어났음을 보여준다며 초기 태양계 천체 형성 방식에 대한 중요한 단서를 제공한다고 말했다.

또 이 결과는 운석에서 오래된 콘드룰이 드물게 발견되는 이유도 설명해준다며 그것은 오래된 콘드룰이 이후 형성된 천체에 포함됐다가 그 천체가 녹을 때 함께 녹으면서 콘드룰의 물리적 증거가 사라졌기 때문이라고 밝혔다.

연구팀은 이 연구는 태양계 초기의 고체 천체에 주변 물질이 무작위로 편입된 게 아니라 재료 성격에 따라 선별적으로 사용됐음을 보여준다며 보존된 초기 천체가 없는 상황에서 철운석에 남은 화학적 흔적을 통해 당시 구성 물질을 되짚었다는 점에서 의미가 있다고 설명했다.

그레왈 교수는 "이처럼 어디에나 존재하는 작은 암석 구슬인 콘드룰은 행성 자체가 만들어지는 데 사용된 기본적인 구성 재료"라며 "태양계가 시작된 바로 그때부터 콘드룰이 선별돼 최초 세대의 고체 천체에 편입되고 있었다는 사실을 알게 됐다"고 말했다.

◆ 출처 : Nature Astronomy, Damanveer Grewal et al., 'Planetesimal compositions governed by aerodynamic sorting from the onset of Solar System formation', DOI : 10.1038/s41550-026-02976-6