젊은 항성에서 과거 격렬했던 우리 태양폭풍 흐름 찾았다 [지금은 우주]

[아이뉴스24 정종오 기자] 강력한 태양폭풍은 자신의 주변을 돌고 있는 행성의 생명체를 모두 휩쓸 만큼 폭발적 힘을 지니고 있다. 2009년 상영됐던 영화 ‘노잉(Knowing)’은 때아닌 태양폭풍으로 지구가 불바다가 되는 상황을 묘사했다.

우리 태양도 마찬가지였다. 과거 태양폭풍은 매우 강하고 자주 발생해 지구상의 생명체 서식 환경에 막대한 영향을 줄 정도였다는 게 천문학계의 공통된 의견이다. 다만 과거 태양의 활동을 알아볼 수 없고, 기록도 없어 이를 증명하기가 쉽지 않다.

국내 연구팀이 이를 뒷받침해 주는 최신 연구 결과를 내놓았다.

태양폭풍은 태양에서 폭발적으로 밝아지는 플레어, 플레어와 연관돼 행성 사이 공간으로 방출되는 거대한 플라스마 덩어리인 코로나질량방출을 아울러 이르는 현상이다.

태양폭풍은 지구의 고층대기와 자기권에 영향을 미쳐 우주기상 현상을 지배하고 있다.

과거 태양폭풍은 지금보다 훨씬 강했을 것이고 더 자주 일어나 지구 대기를 벗겨 내고 강력한 우주방사선을 생산함으로써 지구상 생물체의 서식 환경에 매우 위협적 요소로 작용했을 것으로 판단된다.

과거 태양 활동을 관측이나 실험으로 알아내기란 거의 불가능하다.

과학자들이 대안으로 찾아낸 것은 과거 태양과 비슷한 외계 항성을 관측하는 방법이다. 용자리 ‘EK별’은 태양의 나이가 1억 년보다 어렸을 때의 모습과 매우 비슷한 항성으로 파악됐다. 현재 우리 태양은 약 46억년의 역사를 자랑한다.

과학자들은 EK별을 지상에서 관측해 코로나질량방출의 단서를 찾아내는 데 성공했다. 예상과 달리 이 별(EK별)에서 분출 속도가 충분히 빠른 경우는 드물었다. 강력한 코로나질량방출이 정말 자주 일어나는지 기존 예상과 달랐다.

이 문제를 풀기 위해 서울대 물리천문학부 채종철 교수와 연구원들이 참여한 국제 연구팀은 허블우주망원경과 우리나라, 일본의 지상망원경을 동시에 가동했다. 우주와 지상 망원경을 동원해 입체 관측을 했다.

서울대 연구팀은 한국천문연구원이 운영하는 보현산천문대의 고분산에셸분광기(BOES)를 사용해 가시광 분광 관측을 수행했다.

이 공조 관측으로부터 국제 연구팀은 용자리 EK별에서 코로나질량방출이 다중 온도 플라스마로 구성됐다는 관측적 증거를 확보했다.

연구팀은 허블우주망원경의 자외선 분광기로부터 온도가 10 만 K(켈빈온도, 섭씨 약 9만9000도)의 플라스마가 초속 300km에서 500km로 방출되는 순간을 포착했다. 이로부터 10분 후 보현산천문대 고분산분광기로부터 온도가 1만 K(섭씨 약 9700도)인 플라스마가 초속 70km로 지속해 방출됐음을 확인했다.

온도가 높은 플라스마는 상대적으로 낮은 플라스마보다 훨씬 많은 에너지를 실어 나르고 있었다. 차가운 플라스마 관측으로만 추정하는 것보다 이 별에서 훨씬 강한 항성 폭풍이 더 자주 일어나고 있음을 의미한다.

이 관측 결과를 종합해 봤을 때 과거 우리 태양에서도 강력한 태양폭풍이 자주 일어났을 것으로 추정할 수 있다.

천문학과 물리학에서 파란색은 ‘더 뜨거움’을 나타낸다. 물체의 온도가 높을수록 더 짧은 파장의 빛인 파란색, 흰색, 자외선 계열의 빛을 많이 방출한다. 표면 온도가 높은 별은 푸른색을 띤다.

빨간색은 ‘더 차가움’을 보여준다. 물체의 온도가 낮을수록 더 긴 파장의 빛인 빨간색, 주황색, 적외선 계열의 빛을 주로 방출하기 때문이다.

채종철 교수는 “초기의 젊은 태양에서 발생하는 강력하고 잦은 태양폭풍은 초기 지구의 자기권과 대기를 벗겨 내고 다량의 우주방사선을 생산해 냄으로써 지구상 생명체 출현과 서식 환경에 영향을 미쳤을 것”이라고 설명했다.

채 교수는 “이번 연구는 지상의 여러 망원경과 우주망원경이 성공적으로 조율돼 항성폭풍의 공조 관측에 성공한 사례”라고 강조했다.

이전 연구에서는 지상에서 주로 1만 K 온도의 차가운 플라스마 분출을 관측하는 데 머물렀는데 이번 연구에서는 1만 K의 차가운 플라스마 분출뿐 아니라 우주망원경의 자외선 관측을 통해 10만 K 온도의 따뜻한 플라스마 분출을 모두 관측할 수 있었다는 것이다.

연구 결과(논문명: Discovery of multi-temperature coronal mass ejection signatures from a young solar analogue)는 국제학술지 ‘Nature Astronomy’에 실렸다.