우주의 '식인' 현장 포착: 적색왜성 주변 지구형 행성의 운명

별이 자신의 행성을 집어삼킨다는 이론은 오랫동안 제기되어 왔지만, 이를 직접적으로 증명할 결정적인 증거는 늘 부족했다. 하지만 이제 그 미스터리가 풀렸다. 킬 대학교의 천체물리학자 로빈 제프리스 교수가 이끄는 연구팀이 왕립천문학회 월간보고(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) 2026년 5월호에 게재한 연구를 통해, 젊은 적색왜성이 지구와 비슷한 암석 행성을 집어삼킨다는 직접적인 화학 증거를 최초로 제시한 것이다 . 이 발견은 수십 년간의 논쟁에 종지부를 찍고, 행성계 형성 초기의 격변을 들여다볼 수 있는 강력한 과학적 도구를 제공했다.

행성 삼킴의 흔적: 리튬이라는 '흡연총'

연구팀은 유럽남방천문대의 가이아-ESO 분광 탐사 데이터를 활용하여, 세 개의 젊은 산개성단—NGC 2451a, Blanco 1, NGC 2516—에 속한 수천 개의 별들을 분석했다. 이 성단들의 나이는 5천만 년에서 2억 년 사이로, 우주적 관점에서 보면 이제 막 탄생한 갓난아기들이다. 이중 특이하게도 6개의 초기 M형 왜성(적색왜성)이 주변의 쌍둥이 같은 형제 별들과 확연히 구분되는 한 가지 특징을 보였다. 바로 리튬이 풍부하다는 점이었다 .

이 탐지 방식은 별의 물리학 법칙을 정확히 이용한다. 리튬은 별 내부의 뜨거운 온도에서 쉽게 파괴되는 매우 약한 원소다. 젊은 M형 왜성은 표면 온도가 2,000~3,500K 정도로 차갑지만, 내부는 핵융합이 일어날 만큼(수백만 켈빈) 뜨겁다. 이 내부 열로 인해 별이 태어날 때 가졌던 리튬은 약 5천만 년 안에 거의 모두 타서 사라진다 .

그러나 행성은 이야기가 다르다. 원시행성계 원반에서 형성되는 암석 천체들은 내부 온도가 리튬을 태울 만큼 뜨겁지 않아, 생성 당시 가졌던 리튬을 그대로 간직한다. 따라서 별이 한창 성장하며 주변 행성을 삼키게 되면, 이 '신선한 리튬'이 별의 표면 대류층으로 쏟아져 들어온다. 다행히도 이곳의 온도는 리튬을 순식간에 파괴할 만큼 뜨겁지 않아, 별의 대기에는 한동안 평소보다 훨씬 높은 리튬 함량이 측정된다. 일종의 화학적 '흡연총(smoking gun)'인 셈이다 .

제프리스 교수팀이 확인한 6개의 리튬 과잉 별들은 밝기, 위치, 고유 운동 등 다른 모든 특성에서는 성단 내 다른 별들과 완전히 동일했다. 이 별들의 측정된 리튬 수치는 각각 지구 질량의 3배에서 10배에 달하는 암석 및 휘발성 물질을 삼킨 것과 정확히 일치했다. 이는 지구와 비슷한 행성 한두 개, 혹은 상당한 크기의 원시 행성 핵을 통째로 먹어치운 규모다 .

드문 사건이 아니라, 흔한 재앙

이 극적인 행성 파괴 사건은 결코 드문 예외가 아니다. 연구에 따르면, 표면 온도 3,5604,045 켈빈 범위의 초기 M형 왜성들 중 이처럼 리튬이 풍부한 별은 약 **23%**를 차지한다 . 이는 별이 태어난 후 처음 1억~2억 년 동안 지구 질량급 행성을 집어삼키는 일이 행성계의 혼란스러운 초기 정착 과정에서 비교적 흔하게 일어나는 자연스러운 현상임을 시사한다.

별의 탄생부터 죽음까지: 행성 소멸의 전 생애

이 젊은 적색왜성의 발견은 별의 전 생애에 걸쳐 행성이 파괴된다는, 더 넓은 그림 속의 한 조각이다.

2025~2026년, 유니버시티 칼리지 런던(UCL)과 워릭 대학교의 천문학자들은 미 항공우주국(NASA)의 외계행성 탐사 위성 TESS를 사용하여 약 50만 개의 별을 분석하는 별개의 연구를 진행했다 . 그 결과, 노화하여 팽창한 적색거성 주변에서는 별에 바짝 붙어 도는 거대 행성(소위 '뜨거운 목성')의 빈도가 현저히 낮다는 사실을 발견했다. 이 연구의 주저자인 에드워드 브라이언트 박사에 따르면, 유일하게 합리적인 설명은 별이 팽창함에 따라 조석력이 내부 행성들을 별 쪽으로 끌어당겨 파괴해 버린다는 것이다 .

이 두 연구 결과를 합치면, 행성 소멸의 생애 주기가 드러난다. 생애 초기에 젊은 M형 왜성들은 행성계 형성의 역학적 혼란 속에서 지구와 같은 암석 행성들을 집어삼킨다. 그리고 수십억 년이 흐른 후, 태양과 비슷한 별들은 적색거성으로 팽창하는 과정에서 주변의 거대 가스 행성들을 같은 운명으로 내몬다 .

연구 결과가 던지는 의미

이번 발견은 천문학계에 여러 중요한 시사점을 던진다.

1. 강력한 탐지 도구의 등장: 리튬 과잉 방식은 이제까지 이론으로만 존재하던 행성 삼킴 현상을 구체적으로 탐지할 신뢰도 높은 화학적 단서를 제공한다 .
2. 행성계 모델의 수정 불가피: 별의 탄생 초기에 약 23% 확률로 지구 질량의 310배에 달하는 물질을 잃는 사건이 통계적으로 유의미한 수준임이 밝혀졌다. 이는 모든 행성 형성 이론이 이 초기 대량 손실을 설명할 수 있어야 함을 의미한다 .
3. 총체적 관점의 필요성: 적색거성의 증거와 결합하면, 행성 삼킴 현상은 더 이상 초기 혹은 말기의 '특이 사건'이 아니라 별의 일생 동안 행성계 구조를 지속적으로 재편하는 연속적인 과정으로 이해해야 한다 .

이제 모든 행성계 형성 및 진화 모델은 왜 일부 갓 태어난 항성계가 내부 암석 행성을 별에게 빼앗기는지, 그리고 왜 대부분의 근접 거대 행성이 숙주 별의 적색거성 전환 과정에서 살아남지 못하는지를 설명해야 하는 과제를 안게 되었다. 여섯 개의 젊은 별 내부에 숨어 있던 리튬은 우주의 격변하는 역사를 추적할 명확한 실마리가 되어 주었다.