(Credit: ESA/Hubble)
우리에게도 친숙한 오리온 성운은 맨눈으로 볼 수 있는 거대한 별 형성 지역입니다. 성운에 있는 일부 어린 별들은 가스와 먼지로 이루어진 원반에 둘러싸여 있으며, 이 원반 안에서 행성이 형성됩니다. 중심에 있는 거대한 별인 1 오리온 C1(θ¹ Ori C1, 세타-1 오리온 C1)에서 나오는 복사 에너지는 이 원반에서 물질을 점차 벗겨내어 올챙이 (tadpole) 모양을 만들어냅니다. 중앙의 뜨거운 별에서 나온 에너지가 가스를 벗겨 내는 것입니다.
그런데 사실 이 원반들은 질량을 너무 빠르게 잃고 있어서, 별들의 나이(약 100만 년)를 고려하면 오래전에 사라졌어야 합니다. 세타-1 오리온 C1을 둘러싼 거대한 가스 껍질 또한 또 다른 수수께끼입니다. 이 중심별은 강력한 에너지는 가스 껍질이 초당 약 13킬로미터 의 속도로 팽창하게 합니다. 이 속도를 역추적해보면, 가스 껍질은 불과 수십만 년 전에 형성된 것으로 추정됩니다. 따라서 별들은 가스 껍질과 먼지 원반보다 훨씬 오래되었습니다. 이것이 바로 오리온 성운의 나이 역설입니다.
라이덴 대학의 천문학자 마이테 빌헬름(Leiden astronomer Maite Wilhelm)과 동료들은 이 두 가지 수수께끼를 설명할 수 있는 새로운 시나리오를 제시했습니다. 연구팀은 현재 태양 질량의 약 33.5배에 달하는 1 오리온 C1이 사실은 두 개의 별이 합쳐진 결과물이라는 가설을 제기했습니다.
사실 세타-1 오리온 C1은 현재도 동반성 세타-1 오리온 C2 (θ¹ Ori C2)를 지니고 있습니다. 연구팀은 이 두 쌍성이 본래는 삼중계였던 것으로 추정했습니다. 그러다가 세 번째 별에 의한 중력 간섭으로 두 별이 가까워져서 수십 만 년 전 세타-1 오리온 C1이 탄생했다는 것입니다. 만약 두 별이 수십만 년 전에 합쳐졌다면, 그 결과로 생성된 별의 광도(방출하는 빛의 양)는 그 시점부터 급격히 증가했을 것입니다.
컴퓨터 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 이 시나리오가 관측 결과를 설명할 수 있는지 조사한 결과 연구팀은 해당 시나리오가 타당한 것을 확인했습니다. 충돌 전에는 두 별이 훨씬 적은 양의 복사 에너지를 방출하여 주변 먼지 원반이 수명을 유지할 수 있습니다. 병합 후에야 별의 복사 에너지가 급격히 증가하면서 먼지 원반이 빠르게 증발하기 시작했기 때문입니다.
다만 가스 껍질의 급격한 팽창은 추가적인 설명이 필요합니다. 병합 자체만으로도 약 30배의 추진력이 발생하지만, 관측된 팽창을 설명하려면 100배의 추진력이 필요합니다. 연구팀은 아마도 증발하는 먼지 원반에서 나오는 차가운 가스가 팽창하는 거품 내부의 뜨거운 가스와 섞이면서 추가적인 추진력을 얻은 것으로 보고 있습니다.
이 시나리오는 세타-1 오리온 C1의 두 가지 미스터리도 함께 설명할 수 있습니다. 첫 번째로 이 별은 자기장이 기울어져 있는데, 병합 과정에서 각량 방향이 재배열됐다고 보면 자연스럽게 설명됩니다. 또 질소가 너무 많은 문제도 있는데, 별 내부에서 핵합성으로 생성된 질소가 표층으로 노출된 (CNO 사이클의 흔적) 것이라고 설명할 수 있습니다.
초기 가스 성운에서 태어난 별들은 가까이 위치해 있기 때문에 이렇게 합병되는 경우도 드물지 않을 것입니다. 앞으로 이와 비슷한 현상을 다른 가스 성운에서도 확인할 수 있을지 궁금합니다.
참고
M. J. C. Wilhelm et al., A triple-induced merger in θ1 solves the proplyd lifetime problem and the curiously young shell of M42, Astronomy & Astrophysics (2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202662018
Journal information: Astronomy & Astrophysics
https://phys.org/news/2026-10-stellar-collision-orion-nebula-planet.html
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