우주 최초의 별이 남긴 ‘가스 고리’…우주 비밀 밝힐까

우주 최초의 별들이 남긴 ‘가스 고리’가 발견돼 화제가 되고 있습니다.

폭이 3000광년에 달하는 이 고리형 가스 구름은 우리 지구에서 수십억 광년 거리에 있다는데요. 이 구름을 연구하면 초기 우주에 관한 숨겨진 비밀을 밝힐 수 있다고 천문학자들은 말하고 있는데요.

137억 년 전쯤 ‘빅뱅’(대폭발)이 일어난 뒤 18억 년이 지나 생성된 것으로 추정되고 있습니다.

이는 이 구름이 지닌 탄소와 산소, 철 같은 무거운 원소 이른바 ‘중원소’가 태양 1000분의 1에 해당하는 극히 소량인 것에 있는데요.

빅뱅 당시의 우주에는 수소와 헬륨 같은 가벼운 원소밖에 없어, 그 외 모든 원소는 별 속에서 생성되거나 별의 마지막 단계인 초신성으로 폭발할 때 만들어졌다고 하네요.

7일(현지시간) 개최된 미국 천문학협의회(AAS) 연례회의에서는 천문학자들이 이 가스 고리를 칠레 초거대망원경(VLT)을 사용해 발견했다고 발표했습니다.

이번 천문연구에 주저자로 참여한 호주 스윈번공대 천체물리학·슈퍼컴퓨팅센터의 닐 크라이튼 박사는 “이런 중원소는 빅뱅 동안에는 없었고 모두 나중에 만들어졌습니다”라고 설명하면서 다음과 같이 말했습니다.

“최초의 별들은 완전히 깨끗한 가스에서 만들어져 오늘날 별들과는 상당히 다른 별이었다고 우리 과학자들은 생각하고 있습니다”

빅뱅 직후 형성된 이런 최초의 별들은 흔히 ‘종족 III’(Population III)이라고 불리고 있는데요. 이는 우주에 처음 탄생한 제1세대 별을 뜻합니다.

1세대 별들의 특징은 덩치가 엄청나게 크다는 것에 있다는데요. 이때문에 항성 진화 과정을 아주 짧은 시간 안에 마치고 초신성 폭발로 인해 별의 삶을 끝낼 수 있었다고 합니다.

이때 최초의 별 속에서 생성된 철 이하의 중원소들이 우주 공간으로 뿜어져 나왔고 철보다 무거운 원소들은 초신성 폭발 때의 고온과 압력으로 형성돼 이들 역시 우주 공간으로 흩어졌죠.

자연에 존재하는 92개의 원소 가운데 수소와 헬륨을 제외한 것들은 모두 이렇게 별에서 만들어졌다고 하는데요. 현재 당신 손가락에 끼워진 금반지 역시 초신성 폭발 때 만들어졌다는 것이죠.

이처럼 우주 공간의 가스에 포함된 원소 비율을 분석해보면 그 가스의 내력을 알 수 있다는데요. 말하자면 별이나 가스의 원소 성분은 지문과도 같은 것이죠.

이렇게 발생한 물질을 삼아 형성된 다음 세대의 별들이 ‘종족 II’, 우리 태양과 같은 그다음 세대의 별들은 ‘종족 I’로 분류되고 있다고 하네요.

그런데 천문학자들이 그동안 발견해 왔던 기존의 가스 구름은 중원소 비율이 큰데 이것은 2, 3세대 별들의 잔해가 섞여 1세대 별의 모든 특성을 왜곡했을 것이라고 크라이튼 박사는 설명하고 있습니다.

즉 이번에 발견된 가스 구름만이 정확히 1세대 별의 특성을 품고 있다는 말이죠.

또 이번 연구에 공동저자로 참여한 마이클 머피 스윈번공대 교수 역시 “이번에 발견된 태초의 가스 고리에는 최초의 별만이 보여줄 수 있는 지극히 낮은 중원소 비율을 갖고 있다”라고 말했습니다.

또 다른 공동저자인 존 오메라 미국 세인트마이클대 교수에 따르면, 현재 연구팀은 이 가스 고리에서 탄소와 규소라는 두 원소의 비율을 측정할 수 있다는데요.

연구팀은 앞으로 몇 가지 다른 원소 비율을 더 측정해 연구 성과를 확장할 수 있기를 기대하고 있습니다.

이번 연구성과는 다음 주 발행되는 ‘영국 왕립천문학회 월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 게재될 예정입니다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr