역대 가장 순수한 원소로 이뤄진 ‘태초의 별’ 발견…우주 초기 비밀 풀 타임캡슐 될 것 [아하! 우주]

인간의 몸을 구성하는 원소 대부분은 별에서 만들어졌다. 수소를 제외한 모든 원소들이 별의 핵융합 반응을 거치거나 초신성 폭발 과정에서 탄생한 것이다. 이처럼 우리 모두는 별의 먼지에서 비롯되었지만, 우주에서 처음으로 만들어진 별들은 오직 수소와 헬륨으로만 이루어져 있었다. 이들은 ‘종족 III’(Population III)이라 불리는 우주 1세대 별들로, 아쉽게도 지금은 하나도 남아 있지 않다.

빅뱅 직후 우주의 밀도는 지금보다 훨씬 높아 태양 질량의 수십 배에서 수백 배에 달하는 거대한 별들이 탄생했다. 별은 질량이 클수록 중심부의 핵융합 반응이 더욱 격렬해져 밝게 빛나고, 그만큼 연료를 빠르게 소모해 수백만 년의 짧은 생을 마감한다. 이 거대한 별들은 초신성 폭발과 함께 사라지면서 리튬보다 무거운 원소들, 즉 천문학에서 ‘금속’이라고 부르는 원소들을 우주 공간에 남겼다.

이후 종족 III 별의 잔해와 풍부한 수소 속에서 탄생한 별들이 ‘종족 II’ 별들이다. 이들은 금속 함량이 적은(metal-poor) 별이라고도 불리며, 작고 나이가 많아 주로 구상성단이나 은하 주변부의 헤일로에 존재한다. 반면, 우리의 태양처럼 금속이 풍부한 별은 ‘종족 I’로 분류되며 은하계에 흔하게 분포한다.

천문학자들은 우주 초기의 역사를 고스란히 간직한, 순수한 ‘금속이 적은 별’을 찾기 위해 오랜 시간 노력해왔다. 최근 미국 시카고대 천문학자 길레르메 림버그 박사는 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 위성 관측 데이터를 분석한 결과, 종족 II 중에서도 극도로 금속 함량이 적은 별(Ultra-metal-poor·UMP)인 ‘GDR3_526285’를 발견하는 데 성공했다.





연구팀은 칠레에 위치한 6.5m 주경(主鏡·망원경의 반사경 가운데 가장 지름이 큰 거울)의 마젤란 클레이 망원경을 이용해 이 별을 정밀 관측했다. 그 결과 이 별은 지구에서 7만 8600광년 떨어져 있으며, 질량은 태양의 0.78배 수준인 것으로 확인됐다. 이 별은 우리 은하의 외곽인 헤일로에 위치하고 있지만, 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란 은하(LMC)에서 떨어져 나온 것으로 추정된다.

GDR3_526285는 종족 II 별 가운데서도 역대 가장 낮은 금속 함량을 기록해서, 종족 III 별의 직계 후손일 뿐만 아니라 우주에서 가장 오래된 별 가운데 하나로 평가받는다. 이는 순수한 태초의 별에 가장 가까운 ‘우주의 타임캡슐’인 셈이다. 이 별에 담긴 비밀은 초기 우주의 별들이 어떻게 형성되고 진화했는지를 밝혀줄 중요한 단서가 될 것으로 기대된다.

앞으로 GDR3_526285가 간직한 미지의 역사를 밝혀내기 위한 천문학자들의 연구가 더욱 활발해질 전망이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com