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미국 밴더빌트대학 천문 연구팀이 암석형 물질을 흡수하는 별의 화학 구성을 예측하는 모델을 개발했으며, 이를 통해 이런 별이 ‘지구형 행성을 거느리고 있는지’ 분석할 수 있게 됐다고 미국 과학전문 사이언스데일리 등 외신이 보도했다.
이 연구를 지도한 케이반 스타선 밴더빌트대학 천문학 교수는 “고해상도 스펙트럼으로 이런 별의 특징을 확인할 수 있었다”고 말했다.
연구팀에 따르면 이런 특징은 행성 형성 과정에 대한 이해를 도울 뿐만 아니라 외계에 있는 지구형 행성을 찾는 데도 도움이 될 수 있다.
천문학자들에 따르면 98%에 달하는 대부분 별이 수소와 헬륨으로 구성돼 있고 나머지 원소로 이뤄진 별은 불과 2%뿐이다. 수소와 헬륨보다 무거운 모든 원소는 금속으로 규정하고 있어 별의 화학 성분 중 철이 수소보다 상대적으로 많으면 ‘금속성 별’이라고 칭한다.
1990년대 중반 이후 많은 외계행성을 탐지하는 기술이 발전되면서 행성의 형성 과정과 금속성 별에 관한 연관성을 규명하는 여러 연구가 진행됐다.
또한 다양한 연구를 통해 금속성이 높은 별일수록 행성계를 이룰 가능성이 높으며, 목성과 같은 커다란 가스형 행성은 주로 금속성이 높은 별 주변을 공전하고 이보다 작은 행성은 성분 함량이 다양한 별을 공전한다고 알려져 있다.
이번 연구를 시도한 밴더빌트대학 천문 연구팀은 태양과 비슷한 항성에 관한 스펙트럼 분석을 통해 15개의 특정 원소가 풍부한 것에 관심을 가졌다. 이 중에서도 섭씨 600도 이상의 녹는 점을 지닌 알루미늄, 실리콘, 칼슘, 철과 같은 원소에 주목했다. 이는 지구형 행성과 같은 다양한 원소를 지닌 행성이 형성되기 위한 조건은 까다롭다는 것에서 착안한 것.
연구팀은 우리 태양과 비슷한 분광형 G등급 왜소항성 중에서도 행성을 거느린 최초의 쌍성계 항성인 HD 20781과 HD 20782를 모델로 삼았다. 이 두 별은 같은 먼지와 가스 구름을 통해 응축됐으므로 같은 화학 성분을 갖고 있어야 한다고 한다.
하지만 한 별에는 해왕성 크기의 두 행성이 밀접한 거리에서 공전하며 다른 한 별에는 목성 크기의 단일 행성이 한쪽으로 매우 치우친 편심 궤도를 그리며 공전한다.
이런 행성계의 차이는 이런 행성과 별이 갖는 화학적 성분에 연관성이 있는 것을 나타낸다.
연구팀은 이 두 별의 스펙트럼 분석을 통해 특정 원소가 우리 태양보다 훨씬 많이 있으며 온도도 높은 것을 확인했다. 이를 통해 목성 크기의 단일 행성을 가진 별은 지구 질량의 10배에 달하는 암석형 물질을, 해왕성 크기의 두 행성을 가진 별은 20배를 흡수한 것으로 분석됐다. 즉 항성의 화학적 성분 분석을 통해 현재 거느리고 있는 행성의 구성을 분석할 수 있고 더 나아가 지구형 행성에 관한 단서를 찾는데도 도움이 될 수 있다는 것이다.
한편 이번 연구결과는 ‘우주물리학저널’(Astrophysical Journal) 온라인판 7일 자로 발표했다.
사진=밴더빌트대학
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
