[뉴스스페이스=윤슬 기자] 국제 천문학자 70명으로 구성된 연구진은 우리은하 근처의 금속 함량이 낮은 왜소은하인 소마젤란운에서, 질량이 태양의 15배에서 60배에 이르는 초거대 O형 별의 70% 이상이 동반자 별과 중력적으로 결합된 쌍성계임을 발견했다.

이번 연구는 과학 저널 『네이처 애스트로노미(Nature Astronomy)』 2025년 9월호에 게재됐으며, 이러한 비율은 금속 함량이 풍부한 우리은하 내 초거대 별들과 거의 동일해 별 형성과 진화 이론에 중요한 통찰을 제시한다.

Nature Astronomy, Phys.org, ICC Barcelona, SpaceDaily에 따르면, 3개월간 유럽 남반구 천문대(ESO)의 초거대 망원경(VLT)과 다중 별을 한 번에 관측 가능한 FLAMES 분광기를 활용해 139개의 O형 별들을 9차례 관측한 결과 이들의 속도에서 가속과 감속 현상이 나타났는데, 이는 중력적으로 결합된 동반성의 존재를 의미한다.

이처럼 소마젤란운은 우주 탄생 초기, 대략 수십억 년 전의 낮은 금속 환경을 재현하여 초기 우주 별들의 진화를 들여다보는 ‘우주 타임머신’ 역할을 한다고 연구팀은 설명한다.

암스테르담 대학의 공동 저자 줄리아 보덴스타이너는 “소마젤란운에서 초거대 별들이 동반자를 지녔다는 사실은 우주 최초의 거대 별들 또한 쌍성을 이루었을 가능성을 높인다”며, “이들 초기 쌍성계가 결국 쌍성 블랙홀이나 중성자별로 진화해 현재 LIGO 등이 탐지하는 중력파의 근원이 될 수 있다”고 말했다.

중력파 천문학과 관련, 텔아비브 대학의 토머 셴나르는 “이번 연구 결과는 금속 함량이 낮은 초기 우주에서 발생하는 쌍성들의 빈도와 특성을 보다 정확히 이해할 수 있게 했다”며, “앞으로 중력파를 연구하는 우주론자들과 천체물리학자들이 쌍성 거대 별에 관한 우리의 자료를 신뢰할 수 있을 것”이라고 강조했다.

또한 이번 연구는 쌍성 거대별이 단독 별보다 두 배 이상의 탄소를 생산할 수 있다는 연구 결과와도 맞물려, 우주 화학 원소형성과 생명의 기원 연구에도 기여할 전망이다. 쌍성계에서 상호 질량 이동으로 탄소를 포함한 중원소가 외부로 더 많이 방출되기 때문이다. 이는 우리가 살아가는 우주 환경 조성과도 밀접한 관련이 있다.

향후 연구진은 소마젤란운 내 이들 별을 추가로 16회 관측하여 쌍성들의 궤도와 동반자의 질량, 성질을 구체적으로 밝혀낼 계획이다. 연구는 벨기에, 네덜란드, 이스라엘, 스페인, 영국 등 전 세계 다국적 기관이 협력해 진행 중이며, 초기 우주 별 형성 및 쌍성계 진화에 관한 중요한 국제 연구 성과로 평가받고 있다.

이번 발견은 초거성 쌍성계가 우주 역사 내내 변함없이 존재해 왔을 뿐 아니라, 그들이 블랙홀과 중성자별 등을 거쳐 중력파 발생의 근본 원천이라는 사실을 재확인했다는 점에서 우주 진화의 이해를 한층 가속화하는 획기적 진전으로 꼽힌다.