태양계를 감싸는 미스터리 구름, 440만 년 전 두 항성의 흔적

440만 년 전, 밤하늘의 가장 밝은 별 시리우스보다 4~6배 더 강렬한 빛을 내는 두 개의 거대한 항성이 태양계 가까이를 스쳐 지나갔다. 순간적인 우주적 접촉이었지만, 이들이 방출한 강력한 자외선은 지금도 태양계를 둘러싼 희박한 기체 구름에 뚜렷한 흔적을 남기고 있다. 새로 발표된 연구는 이러한 흔적이 현재 태양계의 지역 간성 환경, 나아가 지구 생명 형성 조건과 연결될 수 있음을 보여준다. 연구 결과는 최근 The Astrophysical Journal에 실렸다.

태양계 주변에는 수소와 헬륨으로 이루어진 지역 간성 구름(Local Interstellar Clouds)이 분포한다. 규모는 약 30광년, 175조 km에 달한다. 이 구름 바깥에는 기체 밀도가 극히 낮은 지역 뜨거운 거품(Local Hot Bubble)이 자리하며, 과학자들은 이 구조가 태양을 우주 방사선으로부터 일정 부분 보호해 장기적으로 생명 유지 환경에 영향을 줬을 가능성을 주목해 왔다.

연구팀은 큰개자리(Canis Major)의 베타 및 엡실론 카니스 마조리스가 약 440만 년 전 태양계로부터 30~35광년까지 근접했다는 계산 결과를 제시했다. 두 별은 태양 질량의 약 13배에 달하는 B형 항성으로, 표면 온도는 2만~2만5천 ℃이며 태양보다 훨씬 강한 자외선을 발산한다. 당시 지구에서는 시리우스보다 4~6배 밝은 압도적 광도로 보였을 것으로 분석된다.

이 자외선은 지역 간성 구름의 원자들을 이온화했다. 관측 결과 수소의 약 20%, 헬륨의 약 40%가 전자를 잃은 양전하 상태로 존재하는데, 특히 헬륨의 높은 이온화율은 수십 년간 천문학적 미스터리로 남아 있었다. 이번 연구는 그 원인을 규명할 수 있는 새로운 설명을 제공한다.

모델 계산을 통해 연구팀은 수백만 년 전 태양계 주변 환경을 시간 역산 방식으로 재현했다. 분석 결과 이온화 현상은 두 별의 자외선뿐 아니라 지역 뜨거운 거품의 고온 기체가 방출한 자외선·X선 영향도 크게 작용한 것으로 나타났다. 지역 뜨거운 거품은 과거 10~20개의 별이 초신성으로 폭발하며 형성된 구조로, 폭발 잔열이 현재까지 구름을 가열하고 있다. 두 항성이 제공한 방사선 영향은 뜨거운 거품 자체가 기여한 수준과 비슷한 규모였다

지역 간성 구름의 이온 상태는 수백만 년에 걸쳐 서서히 사라질 전망이다. 우주 공간에 떠 있는 자유 전자가 다시 원자에 결합해 중성 상태로 돌아가기 때문이다. 베타와 엡실론 카니스 마조리스 역시 연료를 소모하고 앞으로 수백만 년 내 초신성 폭발을 맞을 것으로 예상된다. 지구에 피해는 없지만, 밤하늘에서는 극적인 광학 폭발이 관측될 가능성이 높다.

연구팀은 이번 결과가 지역 간성 구름의 기원과 구성, 태양계가 은하 안에서 이동해온 경로, 그리고 수백만 년 동안 외부 우주 방사선 노출량이 어떻게 달라졌는지를 정량적으로 설명할 수 있는 근거가 된다고 평가한다. 이는 태양계 주변 환경 변화가 지구 기후와 생물권에 장기적으로 어떤 영향을 미쳤는지 검증할 수 있는 자료로 활용될 수 있으며, 미래에 태양계가 다시 다른 간성 구조를 통과할 때 발생할 물리적 조건도 예측할 수 있게 한다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

참조 논문: J. Michael Shull et al, Ionization Sources of the Local Interstellar Clouds: Two B Stars, Three White Dwarfs, and the Local Hot Bubble, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae10a6

자료: Astrophysical Journal