겨울밤 하늘에서 유난히 푸른 별 일곱 개가 모여 있는 플레이아데스 성단을 본 적 있으신가요? 저도 처음엔 그저 가까이 붙어 있는 예쁜 별 무리 정도로만 생각했습니다. 그런데 최근 천문학계에서 발표된 연구 결과를 접하고 나서, 제가 보고 있던 것이 사실은 은하수를 가로질러 수백 광년에 걸쳐 길게 늘어진 거대한 별의 흐름이었다는 사실을 알게 되었습니다. 약 3,000개에 달하는 숨겨진 구성원들이 밤하늘 곳곳에 흩어져 있었던 겁니다. 이 발견은 단순히 별의 개수가 늘어난 게 아니라, 우주를 바라보는 방식 자체를 바꿔놓았습니다.
조석꼬리로 드러난 플레이아데스의 진짜 모습
플레이아데스 성단은 지금까지 황소자리 부근 15광년 반경 안에 약 1,000개 정도의 어린 별이 모여 있는 산개성단(open cluster)으로 알려져 왔습니다. 여기서 산개성단이란 별들이 느슨하게 모여 있다가 시간이 지나면서 점차 흩어지는 집단을 말합니다. 저도 이 정도만 알고 있었는데, 실제로는 이 성단이 은하수 원반을 따라 무려 20배 이상 넓은 영역에 걸쳐 분포하고 있었습니다.
천문학자들은 가이아(Gaia) 우주망원경과 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) 우주망원경의 데이터를 결합해서 이 숨겨진 별들을 찾아냈습니다. 가이아는 2014년부터 우리 은하 속 8억 8천만 개 별의 정밀한 3차원 위치와 운동을 측정하는 임무를 수행하고 있습니다(출처: 유럽우주국 ESA). 이 망원경 덕분에 별들의 궤도를 정확히 추적할 수 있게 되었죠.
흥미로운 점은 TESS의 활용 방식입니다. 원래 외계행성을 찾기 위해 설계된 이 망원경이 별의 자전주기(rotation period)를 측정하는 데 쓰였습니다. 여기서 자전주기란 별이 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간을 의미하는데, 별 표면의 흑점이 회전하면서 별빛이 주기적으로 밝아졌다 어두워지는 패턴을 관측해서 측정합니다. 저는 이 부분에서 정말 감탄했습니다. 외계행성을 찾으려던 도구가 전혀 다른 발견으로 이어진 겁니다.
연구팀은 다음 세 가지 조건을 모두 만족하는 별들을 골라냈습니다.
- 플레이아데스와 같은 궤도와 속도로 움직일 것
- 화학 조성이 플레이아데스 별들과 일치할 것
- 자전주기로 추정한 나이가 약 1억 년일 것
이 세 조건이 우연히 맞아떨어질 확률은 극히 낮습니다. 그렇게 찾아낸 별이 무려 3,000개였죠. 이 별들은 조석꼬리(tidal tail)라는 구조를 이루며 은하수를 따라 길게 늘어져 있었습니다. 조석꼬리란 성단이 은하의 중력에 의해 서서히 늘어지면서 앞뒤로 별들을 흘려보내 만든 흐름을 뜻합니다. 마치 헨젤과 그레텔이 빵가루를 떨어뜨리며 걸었던 것처럼, 플레이아데스도 1억 년 동안 자신의 궤적을 따라 별들을 흘려놓은 겁니다.
자전주기로 밝혀낸 별의 나이, 그 한계는
별의 나이를 측정하는 방법 중 하나가 바로 자전주기를 이용한 회전연대측정법(gyrochronology)입니다. 이 방법은 별이 나이를 먹으면서 자기장과의 상호작용으로 점점 느리게 회전한다는 원리에 기반합니다. 젊은 별은 빠르게 돌고, 늙은 별은 천천히 도는 거죠. 저는 이 개념을 처음 접했을 때, 별도 사람처럼 늙으면서 느려진다는 게 신기했습니다.
플레이아데스의 경우 약 1억 년 된 별들이라 비교적 빠르게 자전하고 있습니다. 연구팀은 TESS가 관측한 별빛의 밝기 변화 주기를 분석해서 각 별의 자전 속도를 계산했고, 이를 통해 나이를 역추산했습니다. 그런데 솔직히 이 방법에는 한계가 있습니다. 별의 자전 속도는 금속함량(metallicity), 자기장 강도, 쌍성 여부 등 여러 요인에 영향을 받기 때문입니다.
일반적으로 회전연대측정법은 오차 범위가 약 10~20% 정도로 알려져 있습니다(출처: 미국천문학회 AAS). 그래서 연구팀도 자전주기만으로 판단하지 않고 궤도와 화학 조성이라는 두 가지 조건을 추가로 검증했습니다. 세 가지가 모두 맞아떨어져야 동일 기원으로 인정한 거죠. 제 생각엔 이 부분이 이번 연구의 가장 탄탄한 지점입니다.
다만 한 가지 짚고 넘어가야 할 점이 있습니다. "플레이아데스가 20배 커졌다"는 표현은 사실 물리적 경계가 확장된 게 아닙니다. 기존 핵심 성단(core cluster)과 조석꼬리를 하나로 묶어서 정의한 결과일 뿐이죠. 핵심 성단은 여전히 15광년 안팎이고, 조석꼬리는 그 바깥으로 수백 광년에 걸쳐 퍼져 있습니다. 이 둘을 구분하지 않고 전달하면 독자가 혼동할 수 있다는 게 제가 느낀 아쉬운 부분입니다.
결국 이번 발견이 보여준 건, 데이터를 어떻게 조합하고 해석하느냐에 따라 같은 대상도 완전히 다른 모습으로 드러난다는 사실입니다. 저는 이 연구를 접하고 나서 겨울밤 플레이아데스를 다시 보게 되었습니다. 육안으로는 여전히 일곱 개의 별만 보이지만, 그 앞뒤로 수천 개의 보이지 않는 형제들이 은하수를 따라 흐르고 있다는 걸 떠올리니 밤하늘이 전혀 다르게 느껴졌습니다. 앞으로 가이아의 후속 데이터가 공개되면 더 많은 산개성단의 조석꼬리가 밝혀질 겁니다. 우리가 알던 성단의 개념 자체가 다시 쓰일 날도 머지않았습니다.