행성계 형성 초기에는 미행성이 서로 부딪히며 행성으로 덩치를 키우거나 더 작은 조각으로 부서져 먼지나 잔해로 사라지는 과정을 거친다.
행성이 만드는 과정에 있는 젊은 별 주변에서 이런 충돌이 자주 일어난다는 점은 지금까지의 관측을 통해 여러 가지 증거가 확보돼 있었지만 충돌체의 크기 등과 같은 구체적인 정보를 얻는 데는 한계가 있었다.
하지만 아리조나대학(University of Arizona) 연구진이 소행성 충돌로 생긴 잔해 구름을 처음으로 포착해 충돌한 소행성의 크기와 구름 형태, 분산 과정 등을 확인한 연구 결과를 국제학술지 '천체물리학 저널'(Astrophysical Journal)에 발표했다.
미 항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)에 따르면 아리조나대학 천문학자 케이트 수 박사가 이끄는 연구진은 지구에서 약 329광년 떨어진 궁수자리의 태양과 비슷한 항성인 HD 166191을 4년간 100차례 이상 정기적으로 관측했다.
이 별은 생성된 지 1천만 년 밖에 안 된 젊은 별로 미행성 간 충돌 증거를 확보할 수도 있다는 기대를 하고 적외선 우주망원경 '스피처'를 활용했다.
미행성은 너무 작아 가시광선 망원경으로는 관측할 수 없지만 충돌에서 생기는 잔해와 먼지는 인간이 볼 수 있는 것보다 파장이 더 긴 적외선으로 관측할 수 있기 때문이다.
아리조나대학의 수 박사 연구진은 2018년 중반께 스피처 망원경을 통해 HD 166191 주변이 급격히 밝아지는 것을 포착해 충돌 잔해가 증가한 것을 확인했으며, 지상 망원경을 통해 충돌 잔해와 먼지로 된 구름이 항성 앞을 지나가는 이른바 '천체면 통과'(transit) 현상으로 별빛이 줄어드는 것도 포착했다.
이를 통해 미행성 충돌 잔해로 된 구름이 길쭉한 형태로 형성돼 최소 영역이 항성의 세 배에 달하고 전체는 별의 수백 배에 달하는 공간을 덮고 있으며, 잔해 구름 중 일부만 항성 앞을 지나며 별빛을 가린 것으로 추론해 냈다.
연구진은 이런 큰 구름을 형성하려면 화성과 목성 사이 소행성대에 있는 지름 530㎞의 '베스타'(Vesta)급 소행성 간 충돌이 일어났을 것으로 추산했으며, 이 충돌로 형성된 열과 에너지로 일부 물질이 증발하고 1차 충돌 파편과 다른 미행성 간의 연쇄 충돌을 유발해 스피처 망원경에 관측된 적외선 빛을 만든 것으로 분석했다.
또 이 구름은 이후 몇 개월간 크기는 커졌지만, 점차 투명해져 먼지와 잔해가 주변으로 빠르게 확산하는 것으로 나타났다.
이듬해인 2019년에는 항성 앞을 지나는 구름은 더는 보이지 않게 됐지만, 적외선으로 포착된 구름은 이전의 두 배로 크게 관측됐다.
수 박사는 "젊은 별 주변에서 형성된 먼지와 잔해 원반을 관측함으로써 태양계를 형성했을 수 있는 과정을 들여다볼 수 있었다"면서 "초기 행성계에서 일어나는 충돌의 결과를 알게 됨으로써 다른 별에서 암석형 행성이 얼마나 많이 형성되는지에 관한 이해를 넓힐 수 있다"고 했다.
한편 지난 2003년 8월에 발사된 적외선으로 먼지와 가스 구름 속에 가려진 우주 현상을 관측해온 스피처 우주망원경은 2020년 1월 30일 안전모드로 전환하고 16년간의 관측 임무를 종료했다.
