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연세소식

[연세 뉴스] 초기 은하 형성 비밀 풀 열쇠 찾았다

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2006-02-03

자외선우주망원경연구단 윤석진ㆍ이석영ㆍ이영욱 교수팀 '사이언스'지 게재, 타원은하 구상성단들의 색분포 양분현상 해석 천문우주학과 자외선우주망원경연구단 윤석진ㆍ이석영ㆍ이영욱 교수 연구팀이 우주 초기 은하 형성 과정을 밝히는 실마리를 찾았다. 기이한 물리현상으로 여겨지던 '구상성단들의 색분포 양분현상(Bimodal Color Distribution of Globular Cluster Systems)'과 관련한 최근 30년간의 연구방향을 완전히 뒤집는 놀라운 연구 성과를 거둔 것이다. 이 연구 성과는 세계적인 과학전문 학술지 '사이언스(Science)'지에 주요 논문으로 선정되어 온라인판인 '사이언스 익스프레스(Science Express)'에 1월 20일자로 급보됐고, '사이언스(Science)' 2월 24일자 인쇄판에 이 분야 최고 석학의 해설기사와 함께 게재될 예정이다. 천문학계의 30년 통설 뒤집는 쾌거 우리 연구팀은 최근 독자 개발한 성단 색지수 모델을 이용, '구상성단들의 색분포 양분현상'의 기원을 세계 최초로 규명하는 쾌거를 이루었다. 구상성단들의 색분포 양분현상은, 성단의 구성원인 별들의 평균색이 크게 푸른 계통과 붉은 계통 두 가지 종류로 나뉘는 독특한 현상이다. 구상성단이란 1백만 개 정도의 별들이 중력적으로 묶여 있는 집단이다. 중원소는 항성 내부의 핵융합반응 결과 만들어진 수소나 헬륨보다 무거운 원소로, 중원소가 많으면 붉은색을, 적으면 푸른색을 띤다. 중원소가 많을수록 늦게 만들어진 별로 볼 수 있다. 지금까지 학계에서는 서로 다른 중원소 함량을 갖는 두 종류의 성단족이 한 은하 안에 혼재하여 색분포 양분현상이 발생한다는 것이 완전한 정설로 받아들여지고 있었다. 따라서 이러한 현상은, 1977년 MIT 대학의 툼리(Toomre) 교수가 최초 제안한 후 30년을 풍미했던 타원은하형성이론, 곧 나선은하들의 합병을 통해 타원은하가 형성되었다는 이론의 가장 뚜렷한 증거로 여겨졌다. 그러나 우리대학교 연구팀은 이번 연구를 통해, 색분포 양분현상을 이질적인 두 종류의 성단이 존재한다는 기존 은하합병 시나리오의 증거로 사용할 수 없다는 사실을 밝혀냈다. 색분포 양분현상이 진화 후기 헬륨연소 단계에 이른 별들의 영향으로 자연스럽게 발생한다는 사실을 증명한 것이다. 윤석진 교수는 "성단들의 중원소 함량분포는 단순한 정규분포의 형태지만, 중원소 함량과 색지수 사이의 비선형적 관계에 의해 실제 관측되는 색지수는 마치 두 종류의 성단족들이 공존하는 것처럼 보였던 것이다. 우리 연구는 그 비선형 관계를 증명한 것이다"라고 학계의 오류를 바로잡았다. 이석영 교수는 "이 분야는 이미 선진국의 학자들에 의해 최상위 SCI 논문이 수백 편 출판되었고, 최근 10년간 투입된 연구비도 1천억 원 이상에 이르는 등 매우 왕성한 연구가 이루어지는 첨단분야이다"라고 소개했다. 이 교수는 "다른 각도에서 보자, 첫 단추부터 다시 끼워보자고 생각했던 것이 이번 연구 성과로 이어졌다"며 "불과 6개월 여의 연구로 15∼30여 년 연구의 방향을 180도 뒤집어 바로잡게 되었다는 사실에 대해 세계 과학계가 큰 충격을 받고 있다"고 밝혔다. 정확한 은하연령 측정법 제시 더 나아가, 연구팀은 이 연구를 통해 색분포가 양분되는 지점이 은하의 연령에 매우 민감하다는 사실을 밝혀냈다. 이러한 연구 결과를 통해 은하의 형성시점을 약 5억 년 내외의 정확도로 측정하는 기술을 최초로 확보하게 되었다. 이는 기존의 방법들이 가지는 정확도보다 5배 이상 개선된 것으로, 우리나라가 선진국들만의 각축장이었던 은하 형성 연구 분야에서도 국제적 경쟁력을 확보하는 데 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 윤석진 교수는 "이번 논문에 소개된 내용은 '빙산의 일각'이라고 말할 수 있다. 새로운 패러다임을 외부 은하계에 실제 적용하여 흥미있는 결과를 얻고 있다. 은하 형성 역사를 다시 쓰고 싶다"고 밝혔다. 이영욱 교수는 "연구 결과의 최종 검증에 필요한 관측장비가 우리에게 없어서 경쟁 관계에 있는 연구자들에게 이번 연구 성과의 검증을 맡겨야 한다"며 아쉬움을 표했다. 그러나 "우리대학교의 천문학 분야는 최소 2, 3개 분야에서 세계 5위 이내에 들어갈 정도로 국제 경쟁력을 보유하고 있다"고 강한 자신감을 나타냈다. 또한 "10명이라는 소수의 교수들이 수백 명의 박사급 연구진을 보유한 해외 연구기관들과의 연구 경쟁에서 이러한 성과를 거두고 있다"며 "훌륭한 연구진들을 더 영입한다면 엄청난 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. <왼쪽위부터 오른쪽으로> 구상성단 (미 항공우주국 제공) 타원은하 (서울대 이명균 교수팀 제공) 갤렉스 위성 허블우주망원경이 찍은 먼 우주 (미 항공우주국 제공)

 

vol. 420
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