초기 우주에는 태양보다 수백만배 더 밝은 초대질량 항성이 존재했다는 가설이 제기돼 있다.

현재까지 관측된 가장 큰 별이 태양 질량의 300배 정도지만 이 항성은 약 5천∼1만 배에 달한다고 한다.

이 가설은 상대적으로 좁은 영역에 모여 공 모양의 '구상(球狀)성단'을 형성하고 있는 100만개에 가까운 별들이 비슷한 환경에서 만들어졌지만, 다양한 화학 성분을 가져 수십년간 미스터리가 돼온 점을 설명하기 위해 만들어졌다.

▲ 허블 우주망원경으로 포착한 GN-z11 은하.

이렇게 가설로만 존재해온 '괴물 천체'의 존재를 입증하는 화학적 신호가 처음으로 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 포착된 것으로 발표돼 관심을 받고있다.

스위스 제네바대학교에 따르면 이 대학 천체물리학 교수 코린 샤르보넬 박사가 이끄는 유럽 연구팀은 초기 은하의 구상성단을 웹 망원경으로 관측해 얻은 결과를 '천문학 및 천체물리학'(Astronomy and Astrophysics)에 발표했다.

샤르보넬 박사팀은 앞서 2018년 처음으로 초대질량 항성 가설을 제시했다.

비슷한 시기, 같은 가스 구름에서 형성된 구상성단의 항성이 어떻게 다른 화학적 구성을 갖는지를 초대질량 항성의 존재로 설명했다.

태양과 같은 별은 중심 온도가 약 1천500만∼2천만℃에 그치는데, 7천만℃에 달하는 온도가 필요한 알루미늄과 같은 원소를 가진 별들이 많은 것은 중심온도가 7천500만℃까지 오르는 초대질량 항성이 이를 만들어 줬기에 가능했다는 것이다.

연구팀은 별이 빽빽하게 몰려있는 구상성단 안에서 다른 별과 연쇄적으로 충돌하며 '씨앗 별'이 돼 주변 물질을 흡수했다가 다시 분출함으로써 새로 형성되는 별의 재료를 제공해 화학적으로 다양한 성분을 갖게 된 것으로 설명했다.

연구팀은 이를 뒷받침하는 증거를 약133억광년 밖 초기 은하인 GN-z11에서 찾아냈다.

이 은하는 지난 2015년 허블 우주망원경으로 처음 관측돼 한때 가장 오래된 은하 기록을 갖고 있기도 했다.

연구팀은 웹 망원경 관측을 통해 GN-z11 은하 내 구상성단이 믿을 수 없을 정도로 많은 별이 모여있는 밀도를 갖고있고, 질소도 많다는 점을 확인했다.

연구팀은 질소를 만들려면 초고온에서 수소가 연소돼야 하고, 이런 초고온은 초대질량 항성의 핵에서만 도달할 수 있다는 점에서 질소를 초대질량 항성의 존재를 나타내는 화학신호르 해석했다.

샤르보넬 교수는 초대질량 항성을 '괴물 천체'라고 부르면서 "웹 망원경이 수집한 자료 덕분에 이런 비상한 항성의 존재에 대한 첫 단서를 발견하게 됐다"고 밝혔다.

그는 초대질량 항성 가설이 '발자국'이라면 이번 관측 결과는 뼈를 찾아낸 것과 같다고 비유했다.

하지만 초대질량 항성을 직접 관측할 수 있을 가능성은 많지 않은 것으로 제시됐다.

초대질량 항성의 수명이 약 200만년 정도로 우주의 시간 단위로 따지면 찰나만 존재하고 사라진 것으로 추정돼 간접적 흔적은 발견할 수 있어도 관측하는 것은 어렵다고 했다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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