'별이 품은 거대한 폭풍'..슈퍼컴이 잡아낸 미학

 

'별이 품은 거대한 폭풍'..슈퍼컴이 잡아낸 미학

육안으로 볼 때 평온하게 빛나는 밤하늘의 별(태양)들도 그 내면에는 아름답고도 격렬한 난기류를 품고 있다.

美텍사스대 연구팀은 별(恒星; 태양)들이 어떻게 회전력을 얻는지 알기 위해 컴퓨터로 별들의 내부를 시뮬레이션해 애니메이션으로 만들어 냈다. 그 결과 이처럼 놀랍고도 환상적 모습이 나타났다. 이같은 모델은 별들의 회전과 나이, 자기장 사이의 상관 관계를 알아내는 데 도움을 준다. 그 결과 어느 별이 지구와 가장 유사하고, 외계 지적생명체가 살아 있을 가능성이 높은지도 알려줄 것으로 기대되고 있다.

별속의 움직임 패턴을 보여주는 이 시뮬레이션 사진은 별들이 회전할 때 그 안에서 폭풍이 일어난다는 것을 보여준다. 이 난기류 폭풍은 별 속 가스 핵융합에 의한 높은 온도로 생성되는 플라즈마 속에서 생긴다.

표면상으로 평온하게 반짝이는 밤하늘의 별들도 그속에는 이처럼 뜨거운 폭풍을 품고 있다. 미텍사스대 과학자들이 슈퍼컴퓨터로 이 별들의 뜨거운 속을 들여다 보았다 이들은 이를 통해 별들의 나이를 알아내고 이들이 거느리는 지구와 유사한 행성을 찾아내는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다. 사진=텍사스오스틴대 슈퍼컴퓨팅센터

미국립과학재단에 실린 연구결과에 따르면 우리태양계와 질량이 비슷한 별들의 내부에는 격렬한 난기류가 불고 있다. 이 다양하게 표현되는 방사형태의 뜨거운 난기류는 별의 핵에서 나오는 뜨거운 열기때문에 발생한다. 사진=텍사스오스틴대 첨단컴퓨팅센터

금색은 별 속 뜨거운 대기의 상승류, 파란색은 하강류를 보여준다. 사진=텍사스오스틴대 첨단컴퓨팅센터

우리태양계 태양과 같거나 조금 작은 별들이 회전할 때 보여주는 대류의 모습.가장 뜨거운 별의 온도는5만5천도에 이른다. 사진=텍사스오스틴대 첨단슈퍼컴퓨팅센터

최근 美국립과학재단(NSF)에 이같은 연구성과를 발표한 텍사스오스틴대 연구진은 우리태양계의 태양과 같은 질량을 가지지만 5배나 빠르게 회전하는 별을 대상으로 이같은 모습을 얻었다고 밝혔다.

■별들의 회전,나이, 열, 자기장 사이의 상관관계 밝혀냈다

이 복잡한 별 내부의 패턴은 텍사스대 첨단컴퓨팅센터의 레인저슈퍼컴의 알고리듬을 사용해 만들어졌다. 이들은 별들의 내부에 있는 높은 온도에 의해 만들어진 플라즈마 속의 사나운 난기류를 드러내 보여주었다. 가장 뜨거운 별들의 온도는 거의 5만5천도(°C)에 이른다. 이 난기류의 움직임은 대류로 알려져 있으며 별의 깊은 곳에 있는 핵에서 만들어지는 타는듯한 열기로부터 생겨나게 된다.

별들은 난기류 핵을 가지고 있으면서 동시에 회전한다. 또한 생성된 지 얼마 안된 젊은 별일수록 더 빨리 회전한다. 이같은 회전운동은 열에너지를 자기에너지로 전환시켜 준다.

지난 1월 미국과학자들은 사상최초로 10억년 이상의 나이를 먹은 별들의 회전속도를 측정해 내는데 성공했다.

이들은 자신들이 발견이 어떻게 우주에 있는 다양한 별들이 얼마나 오래됐는지, 우주의 어디에서 외계생명체가 발견될 가능성이 가장 높은 지를 알아내는데 도움을 줄 것이라고 말했다.

이들의 방법은 10%의 정확도로 별들의 실제 나이를 알아 낼 수 있다. 이는 우리태양계의 우 리 태양과 크기가 같거나 좀더 작은, 이른 바 ‘차가운 별들’(cold stars)에 적용된다.

별의 나이를 안다는 것은 특히 우리태양계 밖에서 외계생명체의 징후를 찾는 일과도 깊은 연관성을 갖게 된다. 이 차가운 별들은 좀더 오랜시간 동안 살아남게 되며 케플러탐사위성이 찾아낸 지구형 행성의 대부분을 품고 있기 때문이다.

별의 회전률은 별들의 나이에 따라 달라진다. 별은 시간이 지남에 따라 탁자위에서 돌던 팽이처럼 속도를 늦추면서 천천히 회전하게 되기 때문이다.

별들의 회전속도 또한 그 질량에 따라 다르다. 우주학자들은 더크고 무거운 별일수록 작고 가벼운 별보다 더 빨리 돈다는 사실을 알아냈다.

이 새로운 연구 결과 별들의 질량,회전, 그리고 나이 사이에 밀접한 수학적인 연관관계가 있으며, 질량과 회전을 측정해 별들의 나이도 계산해 낼 수 있게 됐다.

■별의 회전은 어떻게 측정하나?

우주학자들은 별의 회전을 측정하기 위해 별(태양)표면에 있는 흑점에 의해 만들어지는 밝기의 변화를 추적했다.

연구진들은 별(태양)의 흑점이 나타날 때 약간 흐려지고, 별(태양)이 회전하면서 흑점이 시야에서 사라질 때 다시 밝아지는 태양을 관찰했다.

이같은 변화는 측정하기 매우 어렵다. 통상 별은 흐려지더라도 그 정도가 1% 이하이기 때문이다. 게다가 태양의 흑점이 태양의 표면을 가로 질러가는 데도 몇 일씩 걸리기 때문이다.

하지만 올 초 한 연구팀이 나사의 케플러위성 데이터를 사용해 별을 지속적으로 정확하게 측정한 데이터를 제공했다.

전자신문인터넷 이재구국제과학전문기자 jklee@etnews.com