우리 태양계는 거대하고 팽창하는 거품 속에 놓여 있다 (영상)

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-01-14 07:58:05
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- 은하수와 다른 은하의 별과 가스는 고르게 분포되어 있지 않다.
- 태양계는 약 1천 광년 너비의 거품 중심에 거의 정확히 놓여 있음
- 거품 표면은 현재 초당 약 6~7km의 속도로 바깥쪽으로 움직이고 있다.
- 태양이 국부적인 거품 속으로 이동해 지금의 중심에 있게 된 것은 약 5백만 년 전

태양계는 은하 거품에 있다
1천 광년 폭의 거품을 지역 환경에 불어넣은 초신성 연쇄


텅 빈 공간 속의 중심에서:
우리 태양계는 거대하고 팽창하는 거품 속에 놓여 있다는 것을 천문학자들이 발견했다.
이 비교적 비어 있는 공간은 약 1천 광년 너비로 약 1400만 년 전에 연쇄적인 초신성과 그 충격파에 의해 형성됐다. 이것들은 또한 오늘날 이 거품의 가장자리에 늘어선 별 요람을 만들었다. 반면에 우리 태양계는 '네이처(Nature)' 저널에 보고된 바와 같이 나중에서야 거품 속으로 이동했고 지금은 중심에 있다. 

▲ 우리 태양은 약 1천 광년 너비의 다소 텅 빈 거품의 중심에 있으며, 그 표면에는 별 요람이 모여 있다.

© Leah Hustak(STScI)


은하수와 다른 은하의 별과 가스는 고르게 분포되어 있지 않다.
한편으로 밀도 파동과 중력 영향으로 인해 별과 팔의 큰 흐름이 형성되지만 다른 한편으로는 더 작은 국지적 수준에서 밀도 차이가 있다. 따라서 두 개의 가까운 별 요람은 상대적으로 빈 공간의 영역으로 분리되며 태양계도 우리 은하의 다소 빈약한 영역에 있다.

눈에 보이는 태양계의 지역 환경

처음으로 Harvard & Smithsonian 천체 물리학 센터의 캐서린 주커(Catherine Zucker)가 이끄는 천문학자들은 이제 우리 태양계의 환경이 실제로 어떤지 더 정확하게 재구성했다.
"우리는 태양이 차가운 중성 가스와 먼지로 둘러싸인 저밀도 지역에 있다는 것을 수십 년 동안 알고 있었다"며 "그러나 이 외피의 모양, 시간이 지남에 따른 진화, 그리고 근처의 별 형성 지역과의 관계는 여전히 불분명하다”고 설명했다.

이를 명확히 하기 위해 연구원들은 태양계에서 1300광년 떨어진 곳에 있는 모든 젊은 성단, 항성 요람과 분자 구름의 나이, 위치 및 움직임에 대한 데이터를 평가했다. 이것으로부터 그들은 우리 은하계 환경과 그 진화에 대한 3D 모델을 만들었다.
▲ 국부 거품과 그 표면의 주요 별 형성 영역의 3D 모델. © Leah Hustak, ALMA(ESO/NAOJ/NRAO, Giuseppe Donatiello

1천 광년에 걸친 거품

재구성을 통해 태양계는 약 1천 광년 너비의 거품 중심에 거의 정확히 놓여 있음이 밝혀졌다. 그 경계는 항성 요람과 분자 구름 클러스터로 표시된다. Zucker와 그녀의 팀은 "태양 근처에 있는 거의 모든 알려진 분자 구름이 이 거품 표면에 있다. "이 구름 각각은 유사한 평면 또는 실 모양의 형태를 보여줍니다. 거품 표면을 따라 뻗어 있다.“

그러나 국부 거품의 경계는 고정되어 있지 않다.
천문학자들이 거기에 놓여 있는 성단과 분자 구름의 움직임으로 결정한 것에 의하면 팽창하고 있다. "거품 표면은 현재 초당 약 6~7km의 속도로 바깥쪽으로 움직이고 있다"고 Zucker는 보고했다. 과거에는 이러한 확장이 훨씬 더 빨랐다. 연구원은 "이미 대부분의 힘과 추진력을 잃었고 상대적으로 일정한 팽창률로 안착했다"고 말했다.
천문학자들은 인터넷에서 자유롭게 접근할 수 있는 이 거품의 모양과 크기에 대한 대화형 3D 모델을 만들었다.
▲ 약 1백만 년 전
▲ 별들이 거품의 표면애 형성된다.

생성자로서의 초신성 연쇄

그런데 이 국부적 거품은 어떻게 생겨난 것일까?
천문학자들은 그들의 데이터를 사용해 이것을 재구성할 수 있었다. 이에 따르면 우리 주변에서 가장 오래된 두 개의 별 형성 지역인 Upper Centaurus Lupus와 Upper Centaurus Crux는 약 2천만 년 전 지역 거품의 중심에 있었다.
그 당시에는 이것이 아직 존재하지 않았다. 중심은 약 1400만 년 전 이 두 지역의 첫 번째 무거운 별이 폭발했을 때만 바뀌었다.

그 뒤를 이어 14개에서 20개 사이의 초신성 사슬이 이어졌는데, 그 초신성의 복사, 충격파, 돌진 가스는 성간 물질을 점점 더 바깥쪽으로 밀어냈다. 연구팀의 추정에 따르면, 국부적인 거품에서 약 140만 태양 질량의 먼지와 가스가 제거되었을 수 있다.

재구성된 별 형성 순서

이것은 결과적으로 압축된 변두리에서 여러 단계의 강렬한 별 형성을 촉발했다.
3D 재구성은 항성 요람이 언제 형성되었는지 보여준다. "국부적 거품이 탄생한 후, 아마도 1400만 년 전, 우리는 이 팽창하는 거품 표면에서 4개의 별이 형성되는 것을 볼 수 있다"고 천문학자들은 보고했다. 전갈자리 상층부와 뱀주인자리(Ophiuchus)에 있는 별들은 약 천만 년 전에 처음 형성됐다.

600만 년 전, 오스트랄리스 코로나와 더 오래된 별들은 황소자리 구름을 따라갔다. 그리고 200만 년 전 루푸스와 카멜레온에서 별 형성이 시작되었고, 황소자리 구름에서 두 번째 별 형성 단계가 시작되었다. 그 이후로 분자 구름이 형성되어 현재 국부 기포의 경계 영역에 위치한다. "처음으로 우리는 근처에 있는 모든 별 형성을 촉발한 원인을 설명할 수 있다"고 Zucker는 말했다.

<이것이 태양계 주변의 거품이 진화한 방식이다. © Center for Astrophysics>

 

태양은 늦게 들어왔다.


태양은 그동안 어디에 있었을까? 그것도 초신성에 맞았어야 하는 거 아닌가?
이 모델은 모든 것을 명확하게 보여준다. 공동 저자인 비엔나 대학의 João Alves는 "첫 초신성이 시작됐을 때 우리의 태양은 일어난 곳에서 멀리 떨어져 있었다"고 설명한다. 그 당시 그것은 거의 1천 광년 떨어져 있었다. 태양이 국부적인 거품 속으로 이동하여 이제 거의 정확히 그 중심에 있게 된 것은 약 5백만 년 전이었다.

이것이 바로 Zucker와 그녀의 팀이 지역 거품이 은하수에 있는 유일한 거품이 아니라고 의심하게 만드는 이유다. 대신, 초신성은 은하 전체에 그러한 거품을 생성했을 가능성이 있다. 그녀는 스위스 치즈처럼 거품을 휩쓸었을 것이다. "따라서 우리의 관측은 초신성이 별 형성의 중요한 동인이라는 이론을 뒷받침한다"고 연구자들은 기술했다.
그들은 이제 은하수에서 더 많은 거품을 추적하고 매핑하려고 한다.
(Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-021-04286-5)
출처: Harvard-Smithsonian 천체 물리학 센터

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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