요약:
천문학자들은 20여 년 전에 NASA의 허블 우주 망원경이 수집한 데이터를 재분석하여 오랜 수수께끼를 풀 수 있는 중요한 단서를 발견했습니다. 자연 천문학(Nature Astronomy)에 발표된 새로운 연구에 따르면 백색왜성 HS 0209+0832 근처에 '2세대 행성'이 있을 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 행성은 별과 동시에 탄생하지 않을 수도 있지만, 별이 죽은 후 방출된 물질이 재통합되어 형성됩니다.
백색왜성은 저질량 별이 핵연료를 모두 소모한 후 남겨진 뜨거운 핵입니다. 별의 수명이 다하면 외부의 가스와 먼지 층을 우주로 내보냅니다. 연구자들은 이른바 2세대 행성이 이들 죽은 별이 남긴 물질을 이용해 형성됐으며, 지구 등 태양 주위를 공전하는 1세대 행성과는 전혀 다른 기원을 갖고 있다고 믿고 있다.
이 연구의 제1저자이자 영국 워릭대학교 박사과정 학생인 제이미 윌리엄스는 이번 발견은 백색왜성 단계가 별과 행성계 이야기의 끝이 아니라는 것을 암시한다고 말했습니다. 인간에게 친숙한 행성계는 오랜 진화 역사의 첫 번째 장에 불과할 수도 있고, 별이 죽은 후에는 새로운 천체가 나타날 수도 있으며, 이는 미래 연구에 흥미롭고 새로운 방향을 제시할 수도 있습니다.
이 돌파구는 오래된 관측 데이터에 숨겨진 특이한 화학적 신호에서 비롯되었습니다. 1999년 허블 망원경은 HS 0209+0832 시스템을 관측하여 당시 식별할 수 없었던 약 100개의 스펙트럼 특징을 기록했습니다. 몇 년 후 Williams는 보관 데이터를 재검토하고 이를 업데이트된 원자 스펙트럼 데이터베이스와 비교하여 결국 알려지지 않은 신호 중 다수가 니오븀 원소에 해당한다는 사실을 발견했습니다.
니오븀 원소는 태양계에도 존재하며 지구상에서도 보석, 의료영상 등 분야에 널리 사용되고 있다. 그러나 연구진은 HS 0209+0832 주변의 니오븀 함량이 기대치를 훨씬 초과한다는 사실을 발견했습니다. 그 출처는 별이 탄생할 때 남겨진 원래의 물질인 것 같지 않고, 별이 죽을 때 분출된 생성물에서 나올 가능성이 더 높습니다.
위스콘신대학교 매디슨 캠퍼스의 이론천체물리학자 니콜라스 스톤은 니오븀을 포함해 철보다 무거운 일부 원소는 특별한 의미를 갖고 있다고 설명했습니다. 많은 일반적인 원소와는 달리, 이 무거운 원소는 별 내부의 일반적인 핵융합을 통해 생성되지 않고 별의 수명이 끝날 때 발생하는 극한 환경에서 잠깐 형성됩니다. 니오븀의 존재 자체가 별의 죽음 과정을 나타내는 분명한 신호입니다.
연구팀은 별이 죽으면 버려지는 무거운 원소가 풍부한 물질이 주변 공간으로 들어가고, 그 중 일부는 나중에 재조립되어 결국 가스 거대 행성을 형성하고, 나머지 물질의 대부분은 점차 소멸되는 것으로 추측하고 있습니다. 즉, 의심되는 행성은 별이 죽은 후에 탄생했을 가능성이 높습니다.
연구팀이 데이터에 니오븀이 실제로 존재한다는 사실을 확인했을 때 전체 퍼즐이 갑자기 일관성을 갖게 되었다고 워릭 대학의 천문학자이자 공동 저자인 보리스 간식(Boris Gansik)은 말했습니다. 이러한 니오븀 특성은 이전에 연구된 백색 왜성에서는 발견된 적이 없습니다.
또한 연구원들은 NASA의 은퇴한 FUSE(Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) 임무의 데이터에서 추가 증거를 발견했습니다. FUSE 관찰은 또한 HS 0209+0832 시스템에 명백한 니오븀 원소 신호가 있음을 보여줍니다.
동시에 NASA의 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)도 또 다른 중요한 단서를 제공했습니다. TESS는 4개월 연속 백색왜성을 관찰한 결과 밝기의 주기적인 변화를 발견했습니다. 이러한 변화는 행성이 수성과 태양 사이의 거리보다 훨씬 가까운 약 600만 킬로미터의 궤도 거리에서 백색 왜성을 공전할 수 있음을 시사합니다.
현재 추측에 따르면 이 후보 물체는 크기가 목성에 가까운 가스 거대 행성이지만 급속히 대기를 잃어가고 있을 수 있습니다.
이 백색 왜성은 형성 시간이 비교적 짧기 때문에 여전히 매우 높은 온도를 유지하고 있습니다. 연구자들은 강렬한 방사선이 이웃 행성의 대기 물질을 벗겨내고 있다고 믿습니다. 빠져나가는 가스는 혜성의 꼬리와 유사한 구조를 형성하고 결국 백색 왜성 주위에 고리 모양의 물질 원반을 형성할 수 있습니다.
벗겨진 물질의 일부는 백색 왜성의 표면으로 다시 떨어지게 되는데, 이는 허블 망원경이 관측에서 다량의 니오븀을 발견한 중요한 이유일 수 있습니다.
그래도 윌리엄스는 이 2세대 행성이 실제로 존재한다면 오랫동안 살아남을 수 있을 것이라고 믿습니다. 시간이 지남에 따라 백색 왜성은 점차 냉각되어 상대적으로 안정된 상태에 들어갑니다. 그때까지, 행성은 수백만 년 동안 안정적인 거주 가능 구역에 남아 있을 수 있습니다.
그러나 2세대 행성을 둘러싼 수수께끼는 아직도 풀리지 않은 채 남아있습니다. 과학자들은 그러한 행성이 어떻게 형성되는지, 그것이 일반적인 현상인지 극히 드문 예외인지에 대해 여전히 정확히 알지 못하며, "죽은 별"을 공전하는 동안 어떤 종류의 진화를 겪게 될지도 모릅니다.
향후 몇 년 동안 연구팀은 허블 우주 망원경을 계속 사용하여 후속 관측을 수행할 계획이며, 이 잠재적인 새로운 행성 그룹에 대한 완전한 그림을 그리기 위해 더 많은 증거를 축적할 수 있기를 희망합니다.
이번 결과는 과학적 발견이 직선적인 길을 따르지 않는다는 것을 다시 한 번 보여준다고 연구자들은 말했습니다. 많은 획기적인 발전은 종종 오래된 데이터의 재검토와 다른 분야의 연구자 간의 아이디어 충돌에서 비롯됩니다. 백색 왜성에 대한 이번 '콜드 케이스 재조사'는 행성 탄생의 새로운 메커니즘을 이해하는 문을 열어줄 수도 있습니다.
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