강력한 항성풍을 내는 울프-레이에(wolf-Rayet) 별이 나이테처럼 동심원으로 먼지 고리를 형성한 장면이 '제임스 웹 우주망원경'(JWST)에 포착됐다.

미국 항공우주국(NASA)에 따르면 미국 국립 광학·적외선 천문학연구실(NOIRLab) 천문학자 라이언 라우는 지구에서 약 5천 광년 떨어진 고니자리의 쌍성계 '울프-레이에(WR) 140'을 웹 망원경으로 관측해 17개에 달하는 먼지 고리를 분석한 연구 결과를 과학 저널 '네이처 천문학'(Nature Astronomy)에 발표했다.

▲ 웹 망원경으로 포착한 울프-레이에 별 주변에 나이테처럼 형성된 먼지고리.

연구팀은 이 먼지 고리들이 WR-140을 구성하는 두 별이 약 8년마다 태양∼지구 거리로 근접하면서 항성풍이 맞닿으며 가스를 압축해 형성하는 것으로 제시했다.

웹 망원경은 지금까지 지상망원경으로 두 개밖에 안 보이던 먼지 고리를 17개나 관측하며 첨단 성능을 과시했다.

웹의 '중적외선장비'(MIRI)는 가장 긴 파장으로 온도가 낮은 먼지 고리를 샅샅이 찾아냈으며, MIRI 분광기는 이 먼지들이 대부분 울프-레이에 별에서 뿜어낸 물질로 구성돼 있다는 점을 밝혀냈다.

울프-레이에 별은 태양 질량의 25배가 넘는 O형 항성으로 태어나 진화 마지막 단계에 있는 상태로 붕괴한 뒤에는 블랙홀이 될 가능성이 크다.

젊은 별일 때보다 더 뜨겁게 타오르며 엄청난 양의 가스를 우주공간으로 뿜어내는 항성풍을 일으키는데, WR-140의 울프-레이에 별도 이런 과정을 통해 처음 질량의 절반 이상을 잃었을 것으로 분석됐다.

울프-레이에 별이 뿜어내는 가스가 먼지가 되는 것은 밀가루가 빵이 되는 과정처럼 조건과 성분이 맞아야 한다. 항성에서 가장 흔한 수소만으로는 우주 먼지를 형성할 수 없는데 울프-레이에 별은 많은 질량을 잃은 뒤 항성 내부 깊이 있던 탄소 등과 같은 무거운 원소도 분출하게 된다. 이런 원소들은 우주로 뿜어진 뒤 식게 되고 다른 별의 항성풍과 만나는 곳에서 충분히 압축되면 먼지가 된다.

울프-레이에 별 중 일부가 이런 과정을 통해 먼지를 만들지만 그렇다고 WR-140처럼 나이테와 비슷한 먼지고리를 만드는 것은 아니라고 한다.

WR-140의 먼지고리는 울프-레이에 별이 길쭉한 타원궤도를 갖고 7.93년 주기로 동반성에 가까워지기 때문에 형성된 것으로 시간의 흐름이 반영돼 있다고 연구팀은 설명했다.

만일 웹 망원경의 성능이 더 강력했다면 먼지 고리는 17개를 넘어 더 발견될 수도 있는 것으로 제시됐다.

연구팀은 WR-140 쌍성계의 항성풍이 주변에 남아 충돌할 수 있던 물질을 깨끗하게 휩쓸고 가 먼지 고리가 흩어지거나 모양이 뭉개지지 않고 오롯한 형태를 유지한 것으로 분석했다.

연구팀은 이 먼지고리가 웹 망원경 이미지에서 나타난 것보다 더 두껍고 넓다며 '껍데기'(shell)이라고 불렀다.

연구팀은 또 울프-레이에 별의 항성풍이 밀어낸 물질이 외곽에 쌓이면서 밀도가 높아져 새로운 별을 형성하는 데 중요한 역할을 할 수 있다면서 태양도 이런 시나리오를 통해 만들어졌다는 증거가 있다고 했다.

논문 공동저자인 캘리포니아공과대학의 천체물리학자 패트릭 모리스는 "울프-레이에 별들이 우리 은하에서는 (약 600개만 확인될 만큼) 드물지만 폭발해 블랙홀을 형성하기 전에 많은 먼지를 생성했을 수 있다"면서 "웹 망원경을 통해 이런 별들이 어떻게 항성 사이에서 물질을 만들고 새로운 별 형성을 촉발하는지에 관해 많은 것을 배우게 될 것으로 생각한다"고 밝혔다.

<연합>

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