허블이 포착한 N44 초거품…거대 별이 다음 세대 별을 만드는 방식

NASA와 유럽우주국(ESA)이 9월 3일 공개한 허블우주망원경의 LHA 120-N44(통칭 N44) 영상은 화려한 성운 사진을 넘어선다. 이 영상에는 거대 별들이 주변 환경에 미친 영향, 즉 ‘항성 피드백’의 결과가 담겼다. 중심에는 가로 210광년, 세로 140광년 규모의 거대한 빈 공간인 초거품(superbubble) 이 있고, 그 주변의 조밀한 가스와 먼지에서는 다음 세대의 별이 형성되고 있다. N44는 황새치자리 방향, 약 16만 광년 떨어진 대마젤란은하에 위치한다. 1

중심의 ‘초거품’은 어떻게 생겼나

N44에서 가장 눈에 띄는 구조는 중심의 거대한 공동과 이를 둘러싼 짙은 먼지·가스 껍질이다. 중심부의 거대 별들은 강력한 항성풍을 내보내고 초신성으로 폭발하면서, 자신들이 태어난 가스를 바깥으로 밀어냈다. 이 과정은 물질을 단순히 흩어 놓는 데 그치지 않고, 주변 가스를 한데 쓸어 모아 밝게 빛나는 껍질을 만들었다. 1

‘초거품’이라는 이름은 바로 이 형성 과정에서 비롯된다. 별 하나가 만든 거품이 아니라, 여러 거대 별의 항성풍과 초신성 폭발이 합쳐져 만든 대형 성간 공동이라는 뜻이다.

밀려난 가스가 새 별의 재료가 될 수 있는 이유

가스가 껍질처럼 한곳에 쌓이면 밀도가 높아지고, 중력에 이끌려 붕괴할 가능성도 커진다. N44에서는 이렇게 쓸려 모인 물질 속에서 새 별이 형성되고 있다. 한 차례의 별 탄생이 다음 차례의 별 탄생에 영향을 줄 수 있음을 보여주는 사례다. 1

연구진은 초거품 내부의 별과 가장자리 별 사이에 최대 약 500만 년의 나이 차이가 있을 수 있음을 확인했다. 이는 더 오래된 중심부 별 집단이 공동을 만들고 가장자리 가스를 압축한 뒤, 그 껍질에서 더 젊은 별들이 생겨났다는 순서와 부합한다. 다만 이것은 ‘유발된 별 형성’의 가능성을 뒷받침하는 증거이지, 가장자리의 모든 젊은 별이 반드시 같은 방식으로 탄생했다는 뜻은 아니다. 1

약 50만 개 별을 세어 본 허블

이 영상의 자료는 디미트리오스 굴리에르미스가 이끈 허블 관측 프로그램 14689에서 얻었다. 이 조사는 N44와 그 주변에서 별 약 50만 개를 목록화했다. 이 가운데 약 3만 개는 전주계열성으로 분류됐다. 전주계열성은 중심핵에서 수소를 헬륨으로 바꾸는 핵융합을 아직 시작하지 않은 젊은 천체다. 1

이처럼 큰 표본은 하나로 이어진 성운 복합체 안에서 서로 다른 성장 단계의 별들을 비교할 수 있게 한다. 천문학자들은 차가운 가스가 압축된 뒤 실제로 젊은 별이 나타나기까지의 시간 관계도 더 정밀하게 살필 수 있다.

더 작은 거품, N44F는 무엇이 다른가

N44에는 중심 초거품만 있는 것이 아니다. 허블 영상의 오른쪽 위에는 N44F라는 더 작은 거품이 보인다. 이는 뜨겁고 무거운 별 한 개가 내뿜는 항성풍이 주변 물질을 밀어내 형성한 구조다. 1

N44F는 별 하나도 주변 성간물질의 모양을 크게 바꿀 수 있음을 보여준다. 반면 중심의 훨씬 큰 공동은 별무리 전체와 그 안에서 일어난 초신성들의 집단적 영향이 빚어낸 결과다.

N44가 ‘가까운 우주 실험실’인 까닭

N44 복합체의 폭은 약 1,000광년에 이른다. 빛나는 수소 가스, 어두운 먼지 띠, 거대 별, 나이가 다른 여러 별 집단이 함께 존재하며, 특히 뜨겁고 별 형성이 활발한 영역도 포함한다. 덕분에 천문학자들은 넓은 하나의 연결된 환경에서 별의 진화와 형성의 여러 단계를 함께 연구할 수 있다. 1

또한 대마젤란은하는 우리은하보다 헬륨보다 무거운 원소, 즉 천문학에서 말하는 ‘금속’의 비율이 낮다. 이런 저금속도 환경은 초기 우주의 젊은 은하에서 나타났을 법한 조건과 닮아 있다. N44는 그 조건에서 별 형성과 항성 피드백이 어떻게 작동하는지 시험할 수 있는 비교적 가까운 관측 대상이다. 1

이번 허블 영상이 전하는 핵심은 순환이다. 거대 별은 가스를 밀어내 성운의 한 단계를 끝내지만, 동시에 가스를 조밀한 껍질로 모아 다음 별 탄생의 무대를 마련할 수도 있다.