[아하! 우주] ‘별의 잔해’ 백색왜성 대기에 고대 행성의 흔적 숨어있다

생자필멸(生者必滅)의 법칙은 태양 같은 별도 피할 수 없다. 물론 인간의 관점에서 영겁의 세월인 100억 년의 수명을 지니고 있지만, 앞으로 50억 년 후에는 핵융합에 필요한 연료가 고갈되어 영원히 빛날 것 같던 태양도 꺼지게 된다. 최후를 맞이한 태양이 가스를 날려 보내고 남기는 것은 중심부의 산소와 탄소 등이 뭉쳐서 형성된 고밀도 천체인 백색왜성과 그때까지 살아남은 행성뿐이다. 물론 우리는 이렇게 먼 미래의 일을 직접 경험할 순 없지만, 과학자들은 다른 별과 백색왜성의 모습을 관측해 이와 같은 사실을 알아냈다.

그런데 일부 과학자들은 백색왜성의 대기를 연구하던 과정에서 별과 함께 사라진 행성의 흔적을 찾아냈다. 별은 백색왜성으로 최후를 맞이하기 전 본래 크기의 수백 배 이상으로 커지는 적색거성 단계를 거치는데, 이때 별 주변에서 가까이 공전하던 행성은 그대로 삼켜지게 된다. 이 과정에서 흡수된 행성의 물질 중 일부가 백색왜성의 대기에 남게 되는 것이다.

영국 워릭대학의 마크 홀랜즈가 이끄는 연구팀은 오래된 백색왜성의 대기에 우주 역사 초기에 형성된 고대 행성의 잔해가 남아 있을 가능성이 크다는 연구 결과를 발표했다. 연구팀에 따르면 태양 질량의 5배 정도 되는 별이 우주 초기에 형성되었을 경우 이미 50~100억 년 전에 백색왜성 단계로 진입하게 된다.

연구팀은 이런 고대 백색왜성을 낮은 표면 온도를 통해 찾아낼 수 있다고 지적했다. 백색왜성 자체는 핵융합을 통해 에너지를 만들어내지 않지만, 매우 뜨거운 별의 중심부가 압축해서 생성되기 때문에 처음에는 표면 온도가 섭씨 수만 도에 이른다. 하지만 시간이 지남에 따라 점점 식어서 50억 년 이상이 지나면 5000도 이하로 내려가게 된다. 유럽우주국의 가이아(Gaia) 관측 데이터에는 이렇게 차갑고 오래된 백색왜성으로 의심되는 천체가 수십 개 존재한다. 추가 관측을 통해 이 백색왜성의 대기에서 칼슘이나 리튬 같은 다른 원소의 스펙트럼을 확인한다면 우주 초기에 얼마나 많은 행성이 형성되었고 어떤 특징을 지녔는지 확인할 수 있다.

백색왜성 가운데 행성의 잔해를 간직한 경우는 일부에 불과하고 어두운 백색왜성의 대기는 관측이 쉽지 않기 때문에 실제 연구 과정은 쉽지 않아 보인다. 하지만 태양과 지구가 생성되기도 전에 사라진 초기 행성의 흔적을 찾을 유일한 기회라는 점에서 주목을 받고 있다. 어쩌면 이 행성에도 지구처럼 생명체가 탄생했다가 짧은 생을 마치고 사라졌을지도 모른다. 백색왜성 연구를 통해 그 단서를 찾아낼 수 있다면 우리에게 상당히 흥미로운 이야깃거리가 될 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com