먼지에서 시작된 지구?… 별 바람이 만든 돌덩이 첫 관측

별 바람, ‘미터 크기 장벽’ 넘어 돌덩이 성장 돕는다

머리카락보다 작은 먼지에서 지구가 시작됐을까. 별이 탄생할 때 그 주변에는 가스와 먼지로 이루어진 거대한 원반이 만들어진다. 이 원반 속에서 미세한 먼지 입자들이 서로 달라붙어 점점 커지고, 마침내 암석 행성으로 진화해 간다.

하지만 이 과정에는 큰 난관이 있다. 먼지가 수 센티미터에서 수 미터 크기로 성장하는 단계에서, 공기 저항으로 인해 별 쪽으로 빠르게 끌려가거나 다른 입자와의 충돌로 산산조각 나기 쉽다. 과학자들이 ‘미터 크기 장벽’이라 부르는 이유다. 먼지가 이 장벽을 넘어 안정적인 돌덩이로 성장하는 경로는 오랫동안 미지의 영역으로 남아 있었다.

최근 국제 연구팀이 이 벽을 넘어서는 새로운 과정을 포착했다. 칠레 아타카마 사막에 설치된 ALMA 전파망원경으로 황소자리 L1551 IRS5 쌍성계를 관측한 결과, 별에서 뿜어져 나오는 강력한 항성풍이 원반 내부의 먼지 알갱이들을 원반 바깥으로 실어 나르고 있었다.

별 바람이 만든 새로운 성장 무대

연구팀은 관측을 통해 수 밀리미터 크기의 먼지 알갱이들이 항성풍을 따라 분출 공동 벽으로 이동하는 장면을 직접 확인했다. 관측된 먼지는 일반 성간 먼지보다 약 1만 배 크며, 원반 내부에서 성장 중인 입자들이었다.

중요한 점은 이동한 위치다. 원반 내부에서는 밀도가 높고 입자 충돌 속도가 빠르기 때문에 먼지가 파괴될 위험이 크다. 반면, 분출 공동 벽은 가스 밀도가 낮고 상대적으로 안정적인 환경이다. 이곳에서는 먼지가 더 오랜 시간 안전하게 머무르며 성장할 수 있다.

즉, 항성풍이 먼지를 원반 바깥의 새로운 성장 무대로 옮기고, 그곳에서 먼지가 ‘미터 크기 장벽’을 우회해 돌덩이로 성장할 수 있는 기회를 제공하는 것이다. 이는 먼지가 원반 내부에서만 성장한다고 여겼던 기존 시각을 바꾸는 결과다.

우리 태양계 형성과정에도 적용 가능성

이번 발견은 우리 태양계 형성과정을 이해하는 데도 중요한 의미를 갖는다. 연구를 이끈 조반니 사바티니(이탈리아 국립천체물리학연구소) 박사는 “이 발견은 먼지가 별의 바람을 타고 새로운 성장 영역으로 이동한다는 사실을 보여준다. 우리 태양계 형성 초기에 이런 과정이 있었을 가능성이 크다”고 말했다.

클레어 챈들러(미국 국립전파천문대) 박사도 “이번 연구는 먼지가 ‘미터 크기 장벽’을 넘어서는 과정을 관측으로 확인한 첫 사례다. 다양한 행성계가 어떻게 형성되는지를 이해하는 데 중요한 정보를 더하게 될 것”이라고 평가했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 Astronomy & Astrophysics에 발표됐다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

참고 논문: G. Sabatini et al, FAUST XXIV. Large dust grains in the protostellar outflow cavity walls of the Class I binary L1551 IRS5, Astronomy & Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202554750

자료: Astronomy & Astrophysics  , arXiv 제공: National Radio Astronomy Observatory