거대한 별들이 우주의 가장 초기 성단을 형성했습니다.

에 게시됨 왕립천문학회 월간 공지연구에 따르면 이 거대하고 수명이 짧은 별들은 알려진 가장 오래되고 신비한 항성계 중 하나인 구상 성단(GC)의 화학적 구성을 결정하는 데 중요한 역할을 했습니다.

구상 성단: 우주 역사의 고대 증인

구상 성단은 우리 은하수를 포함하여 거의 모든 은하계에서 발견되는 수십만에서 수백만 개의 별이 촘촘하게 모여 있는 구형 집합체입니다. 이들 중 대부분은 100억 년이 넘는 것으로 빅뱅 이후 얼마 지나지 않아 출현했음을 시사합니다.

이 성단 내의 별들은 헬륨, 질소, 산소, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄과 같은 예상치 못한 수준의 원소로 구성된 특이한 화학적 구성을 나타냅니다. 오랫동안 천문학자들에게 미스터리로 남아 있던 이러한 수수께끼의 변화는 별이 원래 형성되었던 가스를 변화시키는 복잡한 과정을 암시하며, 극도로 뜨거운 “오염 물질”이 관련되어 있을 가능성이 높습니다.

고대 클러스터의 탄생 모델링

새로운 연구는 관성 유입 모델이라는 기존 이론을 확장하여 이를 초기 우주의 극한 조건에 적용했습니다. 연구진은 가장 거대한 성단에서 난류 가스 흐름이 자연적으로 태양 질량의 1,000~10,000배에 달하는 극도로 무거운 별(EMS)을 생성할 수 있음을 보여줍니다. 이 별의 거인들은 고온의 수소 핵융합 생성물로 가득 찬 강력한 바람을 만들어내고, 이것이 주변의 깨끗한 가스와 혼합되어 독특한 화학적 지문을 지닌 별들을 만들어냅니다.

Mark Gieles(ICREA-ICCUB-IEEC)는 “우리 모델은 아주 무거운 별 몇 개만이 전체 성단에 지속적인 화학적 흔적을 남길 수 있다는 것을 보여줍니다.”라고 설명합니다. “마침내 구상성단 형성의 물리학을 오늘날 우리가 관찰하는 화학적 특징과 연결시켰습니다.”

제네바 대학의 Laura Ramírez Galeano 연구원과 Corinne Charbonnel 연구원은 “매우 무거운 별의 중심에서 핵반응이 적절한 풍부 패턴을 생성할 수 있다는 것은 이미 알려져 있습니다. 이제 우리는 거대한 성단에서 이러한 별을 형성하기 위한 자연적인 경로를 제공하는 모델을 갖게 되었습니다.”라고 덧붙였습니다.

이 전체 과정은 단 100만년에서 200만년 내에 빠르게 전개되며 초신성 폭발이 일어나기 전에 발생하여 초신성 물질에 의한 성단 가스의 오염을 방지합니다.

초기 우주와 블랙홀에 대한 단서를 풀다

이번 발견은 은하수를 훨씬 넘어서는 의미를 갖고 있습니다. 저자들은 JWST(James Webb Space Telescope)가 관측한 질소가 풍부한 은하에는 은하 진화의 초기 단계에서 형성된 극도로 무거운 별들이 지배하는 구상성단이 포함되어 있을 가능성이 높다고 제안합니다.

Paolo Padoan(Dartmouth College 및 ICCUB-IEEC)은 “매우 무거운 별이 최초의 은하 형성에 중요한 역할을 했을 수 있습니다”라고 말합니다. “그들의 광도와 화학적 생성은 우리가 현재 JWST를 통해 초기 우주에서 관찰하고 있는 질소가 풍부한 원시 은하를 자연스럽게 설명합니다.”

이 거대한 별들은 중력파를 통해 감지할 수 있는 중질량 블랙홀(태양의 100배가 넘는 무게)로 붕괴되어 생을 마감하는 것으로 생각됩니다.

전반적으로, 이 연구는 별 형성, 화학적 농축 및 블랙홀 생성을 연결하는 응집력 있는 설명을 제공합니다. 이는 극도로 무거운 별이 최초의 은하의 발달에 결정적이었고, 동시에 구상성단을 풍부하게 하고 최초의 블랙홀을 발생시켰다는 것을 시사합니다.