탄생의 순간을 담다: 제임스 웹이 포착한 원시 별 IRAS 04302+2247 [아하! 우주]

우리가 살고 있는 지구를 비롯한 태양계의 모든 천체는 약 46억년 전 원시 태양 주변을 감싸고 있던 거대한 가스와 먼지 원반, 즉 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)에서 탄생했다. 이 과정은 수십억 년 전의 일이라 직접 관측할 수는 없지만, 과학자들은 우주 곳곳에서 새롭게 태어나는 별과 그 주변의 원시 행성계 원반을 관측하며 우리 태양계의 탄생 과정을 재구성하고 있다.

최근 미 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 그리고 캐나다우주국(CSA)이 공동 운영하는 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 지구에서 약 525광년 떨어진 황소자리 별 생성 구역(Taurus star-forming region)에 위치한 원시 별 IRAS 04302+2247의 모습을 놀라울 만큼 선명하게 포착했다. 이 이미지는 마치 나비나 천사의 날개처럼 보이는 아름다운 구조물을 보여주며, 우리 태양계의 초기 모습을 엿볼 수 있는 귀중한 자료를 제공한다.

원반과 제트: 별의 성장과 진화

IRAS 04302+2247 이미지의 중심에는 어둡고 두꺼운 수평의 띠가 관측된다. 이 띠가 바로 별의 탄생지인 원시 행성계 원반이다. 중심부에 위치한 원시 별은 이 원반에 가려져 직접 보이지 않지만, 중력으로 주변의 가스와 먼지를 계속해서 끌어모으며 성장하고 있다. 이 원반의 지름은 약 650억㎞로, 태양계 전체의 크기를 훨씬 능가한다.

별이 성장하며 중심부의 압력과 온도가 임계점에 도달하면, 흡수되지 못한 물질들은 강력한 쌍극 제트(bipolar jets) 형태로 별의 양극에서 맹렬하게 뿜어져 나온다. IRAS 04302+2247 이미지에서 나비 날개처럼 보이는 거대한 구조물이 바로 이 쌍극 제트가 주변의 물질과 상호작용하며 빛을 반사하는 모습이다. 이러한 제트 방출은 별이 더 이상 물질을 끌어모으지 못하게 해 성장을 멈추게 하는 중요한 역할을 한다.

행성계의 탄생: 다음 단계로의 진화

원시 별의 성장이 멈추면, 남은 원시 행성계 원반은 행성 탄생의 요람이 된다. 원반 내의 물질들이 서로 충돌하고 합쳐지면서 행성으로 진화하며, 결국 쌍극 제트와 별의 강력한 복사 에너지에 의해 남은 가스와 먼지는 흩어지게 된다. 이로써 행성들이 안정적으로 공전하는 새로운 행성계가 완성된다.

IRAS 04302+2247은 현재 행성계 탄생 직전의 역동적인 모습을 보여주고 있으며, 46억년 전 우리 태양계 역시 이와 같은 과정을 거쳤을 것으로 추정된다. 제임스 웹 우주 망원경은 적외선 관측을 통해 먼지와 가스 구름 너머의 숨겨진 별들을 볼 수 있게 해주고, 이처럼 생명체가 탄생할 수 있는 행성계가 어떻게 시작되었는지에 대한 중요한 단서를 제공하고 있다.

이러한 관측은 우리가 어디서 왔는지, 그리고 우주에 존재하는 수많은 행성계가 어떻게 탄생했는지에 대한 근원적인 질문에 답하는 데 큰 도움을 줄 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com