2,700광년 떨어진 별들의 '소리'로 진화 과정 밝혀내

UNSW 시드니 연구진이 주도한 새로운 연구에서 2,700광년 떨어진 별들의 집단이 내는 '소리'를 통해 별들의 진화 단계를 밝혀냈습니다. 이 발견은 과학자들이 은하수와 다른 은하들의 역사를 지도화하여 천체 물리학 분야의 지식을 가속화할 수 있도록 해줍니다.

 

 

 

M67 성단의 별들로 진화 연구

네이처에 발표된 이번 연구의 주 저자인 클라우디아 레예스 박사는 UNSW 물리학과 박사 과정 동안 M67이라 불리는 별들의 집단에 있는 27개의 별을 연구했습니다. 이 별들은 40억 년 전 같은 가스 구름에서 태어났습니다. 레예스 박사는 이 별들이 비슷한 화학적 구성을 가지고 있지만 질량이 다르기 때문에 실시간으로 진화를 연구하기에 이상적이라고 말했습니다. 별들의 집단을 연구할 때 개별 진화의 전체 순서를 볼 수 있다고 그녀는 설명했습니다.

 

 

질량에 따른 별의 진화 속도 차이

이 별들은 같은 나이이지만, 질량에 따라 진화 속도가 다르다는 것을 알 수 있었습니다. M67은 작고 덜 진화된 준거성부터 가장 진화된 별인 적색 거성에 이르기까지 광범위한 '거성'을 포함하는 매우 특별한 성단입니다. 이번 연구는 태양이 더 커지고 늙어감에 따라 어떤 일이 일어날지에 대해 더 많이 배울 수 있는 길을 열어줍니다. 레예스 박사는 태양이 연구한 성단과 비슷한 성단에서 태어났기 때문이라고 설명했습니다.

 

 

 

별의 내부 소리로 나이 추정

단일 성단 내에서 이렇게 광범위한 진화 범위를 관찰한 것은 이전에는 이 정도로 자세하게 이루어진 적이 없었습니다. UNSW 물리학과의 공동 저자인 데니스 스텔로 교수는 이번 연구가 이 성단에서 볼 수 있는 것처럼 긴 진화 순서를 실제로 연구한 첫 번째 사례라고 말했습니다. 별의 나이를 확인하는 것은 천문학에서 가장 어려운 일 중 하나인데, 별의 나이는 표면으로 드러나지 않기 때문입니다. 별의 나이를 보여주는 것은 내부에서 일어나는 일이라고 스텔로 교수는 설명했습니다.

 

 

 

태양계의 과거와 미래에 대한 통찰력 제공

M67 성단의 별들은 태양과 비슷한 나이와 구성을 가지고 있기 때문에 태양계의 과거와 형성뿐만 아니라 태양이 진화함에 따라 미래에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

 

 

 

별들의 '울림'으로 나이와 질량 정밀하게 측정

스텔로 교수는 "거의 모든 별은 처음에는 성단에서 형성된다"고 말합니다. 이들은 기본적으로 하나의 거대한 가스 구름에서 태어난 수백에서 수천 개의 별들로 이루어진 큰 가족과 같습니다. 일반적으로 이들은 천천히 흩어져 희미하고 무작위적인 별들의 모임이 되지만, 일부는 여전히 집단, 즉 성단 내에 남아 있습니다. 하늘을 볼 때 별들이 빽빽하게 모여 있는 영역으로, 우리가 연구한 성단처럼 여전히 서로 강하게 묶여 있는 것을 볼 수 있습니다.

 

 

 

별의 진동 주파수로 내부 파악 및 나이 측정

이번 연구를 통해 별의 진동 주파수를 기반으로 별의 나이와 질량을 정밀하게 결정할 수 있게 되었습니다. 별이 '울리는' 주파수는 내부 물질의 물리적 특성에 따라 달라지며, 이는 별의 밀도, 온도 및 나이에 대한 단서를 제공합니다. 연구진은 처음으로 성단 내 별들의 '울림'을 조사하여 내부를 더 자세히 알 수 있었습니다. 관측, 즉 '경청'의 주요 방법으로는 케플러 K2 미션이 사용되었습니다.

 

 

별의 '소리'를 통해 악기 구별하듯 별의 특성 파악

스텔로 교수는 이 과정을 오케스트라를 듣고 소리를 기반으로 악기를 식별하는 것에 비유합니다. 악기가 진동하거나 울리는 주파수는 소리가 통과하는 물질의 물리적 특성에 따라 달라집니다. 별도 마찬가지입니다. 별이 울리는 방식을 기반으로 별을 '들을' 수 있습니다. 바이올린 줄의 진동을 볼 수 있는 것처럼 소리의 진동, 즉 진동의 효과를 볼 수 있습니다. 가장 큰 별은 가장 낮은 소리를 냅니다. 작은 별은 높은 소리를 냅니다. 그리고 어떤 별도 한 번에 하나의 음만 내는 것이 아니라, 각 별은 내부에서 나오는 다양한 소리의 교향곡을 연주합니다. 소리는 에너지의 파동, 즉 진동으로 고체, 액체 또는 기체 입자를 통해 이동합니다. 그러나 우주에는 입자가 없으므로 소리도 없습니다.

 

 

 

별의 밝기 변화로 진동 주파수 측정

스텔로 교수는 각 별이 숨 쉬는 가스 공과 같아서 냉각과 가열을 반복하며 밝기에 약간의 변화가 있다고 말합니다. 이러한 밝기 변동을 관찰하고 측정하여 소리 주파수를 측정했습니다. 별이 적색 거성으로 성숙함에 따라 주파수가 변하고 다르게 행동합니다. 이러한 변화를 통해 별의 진화를 추적할 수 있습니다.

 

 

 

별 내부 구조 단서 제공하는 진동 주파수 차이

별이 '연주하는' 다양한 진동 모드 사이의 주파수 차이는 별 내부 속성에 대한 단서를 제공할 수 있습니다. M67 산개 성단의 27개 별을 연구함으로써 연구자들은 거성에서 작고 큰 주파수 차이 사이의 관계를 처음으로 관찰할 수 있었으며, 이는 이제 개별 별에 적용될 수 있습니다. 은하의 형성과 진화를 더 잘 이해하기 위해서는 별을 포함한 모든 구성 요소의 나이를 알아야 합니다.

 

 

 

별의 질량과 나이 정확하게 식별하는 길 열어

레예스 박사는 이번 연구가 은하수 내 별의 질량과 나이를 정확하게 식별하는 데 기여할 것이라고 말합니다. 이는 아직 달성되지 않은 목표입니다. 또한 행성을 거느린 별을 이해하는 데에도 중요한데, 별의 속성은 해당 행성에서 생명체가 존재할 수 있는 환경을 조성하는 데 결정적인 역할을 하기 때문입니다. 스텔로 교수는 주파수 특징이 우리 태양의 미래 진화를 모델링하는 데에도 중요할 것이라고 말합니다.

 

 

 

별 내부 극한 환경의 기본 물리 이해에 기여

스텔로 교수는 "이번 연구를 통해 별 내부 깊숙한 곳에서 일어나는 기본적인 물리 현상, 극한 조건 하에서의 기본적인 물리학을 탐구할 수 있었다"고 말합니다. 이는 우리가 여전히 씨름하고 있는 부분입니다. 태양뿐만 아니라 다른 별들이 늙어감에 따라 어떤 일이 일어날지 예측할 수 있도록 신뢰할 수 있는 진화 모델을 구축하는 것이 중요합니다. 주파수 지문을 통해 별의 진화 단계를 직접 확인하는 것이 모델에 투입하는 '재료'에 대해 훨씬 더 확신을 가질 수 있게 해준다고 그는 덧붙였습니다.

 

 

예상치 못한 새로운 주파수 특징 발견

레예스 박사는 연구 결과가 예상치 못했다고 말합니다. "주파수에서 이 특징으로 새로운 것을 발견했다"고 그녀는 밝혔습니다. 레예스 박사는 우리가 이미 오랫동안 은하수와 그 별들을 연구한 많은 데이터를 가지고 있다고 말합니다. 다음 단계는 그 데이터를 다시 살펴보는 것입니다. 이전에는 아무도 찾을 생각을 하지 못했던 특정 주파수를 찾는 것입니다. 그리고 우리는 별들의 '소리'를 들음으로써 이를 수행할 수 있다고 그녀는 강조했습니다.