한국천문연구원(천문연)은 우주먼지를 쪼개는 새로운 원리인 '복사 회전 영향에 따른 파괴' 현상을 발견해 학계에 보고했다.

별 생성과 소멸에 얽힌 비밀은 인류의 주요 관심사 중 하나다.

우주는 천문학자에게 그 수수께끼의 잠금장치를 풀 힌트를 던져주고 있는데, 우주먼지가 그 열쇠 중 하나다.

우주먼지는 우주에 있는 1㎜ 이하의 작은 입자를 통칭한다.

별과 행성이 형성되는 초기 단계에서 중요한 역할을 하는데, 이산화탄소·물·유기분자 등이 우주먼지 표면에서 만들어지는 것으로 알려졌다.

▲ '네이처 아스트로노미' 5월 6일자 표지 그림. 강한 빛에 의해 주변 먼지가 강하게 회전하고, 이 과정에서 먼지는 더 작은 입자로 쪼개지는 원리를 설명한다.

별의 마지막 단계에서는 항성풍을 유발하기도 한다.

그런데 우주먼지에 대한 관찰 결과 중에는 한 가지 특이한 점이 있다.

초신성(메가 노바)이나 무겁고 밝은 별 등 강력한 광원 주변에 유독 수십㎚(나노미터) 크기 작은 먼지 알갱이가 이보다 큰 알갱이보다 훨씬 더 많다는 사실이다.

이런 현상은 양성자 때림(sputtering)·파쇄(shattering)·승화(sublimation) 같은 기존 이론으로는 설명할 수 없다.

천문연 연구진은 'Ia형 초신성' 초기 단계 관측을 통해 강한 광원 근처에 놓인 우주먼지가 그 빛의 압력을 받아 빠르게 회전하는 것을 확인했다.

마치 바람개비가 돌듯 1초당 10억 바퀴에 이를 정도로 움직이는데, 그 회전 원심력이 먼지의 최대 인장강도(부서지지 않는 힘)를 넘어서면 먼지는 쪼개진다.

이 메커니즘을 초신성, 무겁고 젊은 별, 킬로노바 주변에 존재하는 먼지에 적용하면 다양한 천문 현상을 설득력 있게 설명할 수 있다고 연구진은 강조했다.

킬로노바는 신성(노바·Nova)의 1천배 정도 에너지를 내는 현상이라는 뜻이다.

연구진은 아울러 먼지가 부서지는 영역이 킬로노바나 초신성 주변 반경 수 광년 정도 범위에서 생기는 것을 밝혔다.

밝고 무거운 별이 1천여 개 모여 있는 별 탄생 영역에서는 먼지가 부서지는 영역이 반경 수십 광년 범위까지 넓어진다고 연구진은 덧붙였다.

연구를 이끈 티엠 황 천문연 박사는 "먼지가 강한 광원 근처에 위치한다면 작게 쪼개질 수 있다는 것을 보여주는 것으로, 학계의 기존 주장과는 다른 결과"라고 말했다.

노벨 물리학상 수상자 에드워드 퍼셀이 1979년 발표한 논문에서 '우주 먼지는 원심력에 의해 쪼개질 수 없다'고 판단한 것과 상이하다는 뜻이다.

함께 연구한 안상현 박사는 "작은 먼지는 짧은 파장의 빛을 더 잘 흡수하고 산란하는 만큼 그 양과 내부 분포가 초신성이나 최초 은하 밝기에 영향을 준다"며 "초신성을 이용한 우주 크기와 나이 측정에 이번 연구를 적용할 수도 있을 것"이라고 덧붙였다.

성과를 담은 논문은 '네이처 아스트로노미'(Nature Astronomy) 6일 자 표지에 실렸다.

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