스페이스 클럽 Webb은 원시 행성 디스크를 매우 자세히 조사하고 빛나는 성간 물질을 관찰합니다.

[스페이스클럽]

NASA, 유럽우주국(ESA), 캐나다 우주국(CSA)의 공동 태양-지구 라그랑주 포인트 2에 위치한 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope)은 최근 자사의 특별한 적외선 장비를 활용하여 새로 태어난 별 주위의 원시행성 원반을 조사하고 이미지화했습니다. Webb의 관측은 과학자들에게 원반, 물질 제트 및 시스템의 원뿔 유출에 대한 전례 없는 견해를 제공했습니다.

또한 Webb은 근적외선 카메라(NIRCam) 장비를 사용하여 약 350년 전 초신성 폭발로 밝혀진 빛나는 성간 가스와 먼지를 관찰했습니다. 이 물질은 적외선에서 빛나며, Webb의 관측은 과학자들에게 처음으로 성간 매체의 3D 구조를 만드는 데 필요한 데이터를 제공했습니다.

웹은 HH 30의 원시 행성 디스크를 조사합니다.

Webb의 관측에서 볼 수 있는 원시행성 원반은 HH 30, HH(Herbig-Haro) 천체로 알려져 있습니다. 이 천체는 별을 형성하는 지역에서 새로 태어난 별을 둘러싸고 있는 성운의 밝은 패치입니다. 좀 더 구체적으로 말하자면, HH 천체는 갓 태어난 별에서 가스가 흐르는 위치를 표시한다. 근처에 있는 별의 충격파가 가스를 통해 파문을 일으켜 가스를 가열하고 빛을 발합니다.

HH 30에서, 유출되는 가스는 두 개의 좁은 제트의 형태로 보인다: 별 위의 두드러진 제트와 그 아래의 더 작고 더 어두운 제트. 이 제트를 만들어내는 새로 태어난 별은 성계의 중심에 있는 어두운 원시행성 원반 뒤에 숨겨져 있다.

Webb, Hubble 및 ALMA의 HH 30 관측. (크레딧: ESA/Webb/NASA/CSA/Hubble/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO)

HH 30은 NASA/ESA 허블 우주 망원경이 공동으로 처음 발견했으며 가장자리 온 원시 행성 디스크 프로토타입으로 알려져 있습니다. 과학자들은 이러한 유형의 원시행성 원반에 관심을 가지고 있는데, 그 이유는 지구에 대한 그들의 독특한 위치를 통해 먼지 알갱이가 새로 태어난 별 주위를 어떻게 이동하는지 조사할 수 있기 때문입니다.

참고 항목

• JWST 미션 업데이트
• 우주 과학 커버리지
• NSF 스토어
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HH 30에 대한 Webb의 최신 관측을 위해 Webb의 팀은 Webb, Hubble 및 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 망원경의 관측 결과를 결합하여 다중 파장 데이터 모음을 만들었습니다.

ALMA의 HH 30의 장파장 데이터를 통해 과학자들은 디스크 중앙 평면의 좁은 영역까지 밀리미터 크기의 먼지 입자의 위치를 추적할 수 있었습니다. 이 입자는 단일 박테리아(길이가 100만분의 1미터)와 거의 같으며 디스크의 가장 밀도가 높은 부분에서 일반적으로 발견되는 더 큰 먼지 입자보다 디스크 전체에 더 고르게 분포되어 있습니다.

더욱이, ALMA의 관측 결과와 허블 및 웹의 관측을 결합하여, 큰 먼지 알갱이가 원반 내에서 이동하며, 얇은 층에 가라앉아야 한다는 것을 보여주었다. 이 얇고 좁은 먼지 층의 형성은 행성 형성 과정에서 중요한 단계이며, 먼지 입자는 필연적으로 함께 뭉쳐서 행성을 형성합니다.

HH 30 하이라이트 구조의 주석이 달린 이미지. (출처: ESA/Webb/NASA/CSA/Tazaki 외)

Webb, Hubble 및 ALMA의 공동 관측은 또한 HH 30 내에서 뚜렷한 구조를 드러냈습니다. 이러한 구조 중 다수는 서로 안팎으로 짜여져 있습니다. 예를 들어, 고속 가스 제트가 좁은 중앙 디스크에서 90도 각도로 나옵니다. 이 제트기를 둘러싸고 있는 것은 가스와 먼지가 넓게 뿜어져 나오는 원뿔 모양입니다. 이 원뿔 모양의 유출 주위에는 젊은 별이 방출하는 빛에 대한 확대 가스 역할을하는 성운이 있습니다.

Webb은 그르노블 천체학 연구소의 프랑수아 메나르(Francois Ménard)와 NASA 제트 추진 연구소의 칼 스타펠펠트(Karl Stapelfeldt)가 이끄는 Webb GO 프로그램 #2562의 일부로 HH 30을 관측했습니다. 이 프로그램은 HH 30과 같은 가장자리 원시 행성 디스크 내에서 먼지 및 기타 물질의 진화를 더 잘 이해하는 것을 목표로 합니다.

Ménard et al.의 결과는 1월에 발표되었습니다.

웹은 빛나는 우주의 장막을 관찰한다

약 350년 전, 카시오페이아자리에 있는 거대한 별의 핵이 무너지면서 초신성을 둘러싼 공간으로 외부로 방출되는 X선과 자외선(UV)의 강렬한 펄스로 가득 찬 거대한 초신성 폭발이 일어났습니다. 이러한 X선과 UV 광선 펄스는 궁극적으로 성간 물질에 도달하여 물질이 적외선에서 따뜻해지고 빛나게 합니다.

과학자들은 최근 Webb의 NIRCam 장비를 사용하여 이 빛나는 성간 물질을 조사했습니다. Webb의 관측을 통해 과학자들은 성간 매체를 매우 자세히 볼 수 있고 최초의 3차원 구조 지도를 만들 수 있습니다.

https://youtu.be/Vw2wwgx0JdM

"우리는 이 정도의 세부 사항을 보고 꽤 충격을 받았다"고 캘리포니아 패서디나에 있는 Caltech/IPAC의 수석 저자이자 수석 연구원인 Jacob Jencson은 말했습니다.

"우리는 양파처럼 층을 봅니다. 우리는 우리가 볼 수 있는 모든 빽빽하고 먼지가 많은 지역과 우리가 못하는 대부분의 지역이 내부가 이렇게 보인다고 생각합니다. 우리는 이전에 그 안을 들여다볼 수 없었습니다"라고 메릴랜드에 있는 우주 망원경 과학 연구소(STScI)의 공동 저자 조쉬 픽(Josh Peek)은 말했습니다.

근처의 초신성에서 방출되는 빛으로 빛나는 성간 물질은 "빛의 반향"으로 알려져 있습니다. 가시광선 파장에서 빛의 에코는 성간 물질에서 반사되는 빛에 의해 생성됩니다. 그러나 적외선 파장 (Webb이 관찰 한)에서는 에너지 복사에 의해 성간 물질이 가열되어 빛 에코가 생성되어 "빛나게"합니다.

지금은 은퇴한 NASA의 스피처 우주 망원경(Spitzer Space Telescope)은 웹의 최신 관측 결과의 중심에서 빛의 반향을 관측했다. 이 빛의 반향은 카시오페이아 A 초신성 잔해 주변에 위치한 여러 메아리 중 하나입니다. 초신성 잔해는 별의 폭발(초신성)로 남은 가스와 먼지의 구조입니다. 흥미롭게도, 빛의 반향은 카시오페이아 A를 생성한 초신성 폭발 동안 방출된 물질이 아니라 카시오페이아 A 뒤에 위치한 물질에 의해 발생합니다.

카시오페이아 A 초신성 잔해와 근처의 빛이 울려 퍼지는 웹 이미지. Spitzer가 촬영한 Cassiopeia A 주변 지역의 배경 이미지. (출처: NASA/JPL-Caltech/Y. Kim(애리조나 대학교/시카고 대학교)/ESA/CSA/STScI/Danny Milisavljevic(퍼듀 대학교)/Ilse de Looze(UGent)/Tea Teamm(프린스턴 대학교)/J. Jencson(칼텍/IPAC))

Webb의 관측은 빛의 반향에 빽빽하게 채워진 물질 시트를 보여줍니다. 이 시트 안에는 대략 400 천문 단위 또는 광년의 100분의 1도 안 되는 스케일의 놀랍도록 작고 복잡한 구조가 있습니다. 이러한 작은 구조를 극도로 자세히 관찰하는 Webb의 능력은 매우 인상적이며, Peek 등은 데이터의 구조를 보고 깜짝 놀랐습니다. 성간 자기장(Interstellar magnetic fields)은 시트 구조를 생성할 가능성이 있다.

"우리는 성간 매질이 그렇게 작은 규모의 구조를 가지고 있다는 것을 알지 못했고, 그것이 시트와 같다는 것은 말할 것도 없었다"고 피크는 말했다.

이 관측은 또한 빛의 에코 내에서 조밀하고 단단히 감긴 물질 영역을 강조했습니다. 이 조밀 한 지역은 나뭇결의 소용돌이와 매듭을 닮았으며 성간 물질을 형성하는 전체 자기장 내에서 자기 "섬"을 나타낼 수 있습니다.

"이것은 의료용 CT 스캔과 같은 천문학적 수치입니다. 세 번에 세 개의 슬라이스를 촬영하여 실제 3D 구조를 연구할 수 있습니다. 그것은 우리가 성간 매체를 연구하는 방식을 완전히 바꿀 것입니다"라고 STScI의 공동 저자 Armin Rest는 말했습니다.

초신성 폭발로 인한 빛은 Cassiopeia A 근처의 성간 물질을 통과합니다(제공: NASA/ESA/CSA/STScI/J. Jencson(Caltech/IPAC))

빛의 반향에 대한 Webb의 근적외선 관측이 완료됨에 따라 Peek 등은 Webb이 강력한 MIRI(Mid-Infrared Instrument)를 사용하여 빛 반향에 대한 중적외선 및 분광 관측을 수집할 준비를 하고 있습니다. 이러한 관측을 위해 Webb은 몇 달 동안 빛의 에코를 여러 번 관찰할 것입니다. 연구팀은 이번 관측을 통해 성간 물질을 통과하는 빛의 에코가 진화하는 과정을 볼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

"우리는 에코에 의해 조명되기 전, 도중, 그리고 후에 동일한 먼지 패치를 관찰할 수 있으며 일부 분자 또는 가장 작은 먼지 입자가 파괴되었는지 여부를 포함하여 분자의 구성 또는 상태의 변화를 찾으려고 할 수 있습니다."라고 Jencson은 말했습니다.

카시오페아(Cassiopeia)의 나침반 이미지: Webb의 NIRCam 기기로 촬영한 빛의 울림. (크레딧: NASA/ESA/CSA/STScI/Jacob Jencson(Caltech/IPAC))

적외선 에코는 에너지 방사선의 짧은 펄스를 방출하는 특정 유형의 초신성 폭발에 의해서만 생성될 수 있기 때문에 극히 드뭅니다. 다행히도, NASA가 곧 선보일 낸시 그레이스 로만 우주 망원경(Nancy Grace Roman Space Telescope)은 적외선 반향을 찾기 위해 은하계를 수색할 수 있을 것이다. Roman이 적외선 메아리를 식별하면 Webb은 적외선 장비 제품군을 사용하여 이를 조사할 것입니다.

Webb은 Webb GO 프로그램 #5451의 일부로 Cassiopeia A 근처에서 빛의 반향을 관찰했습니다.

(리드 이미지: (왼쪽) HH 30과 그 주변의 원시행성 원반의 웹 이미지. Credit: ESA/Webb/NASA/CSA/Tazaki et al. (오른쪽) 성간 물질을 통해 이동하는 빛의 에코를 담은 Webb 이미지. 크레딧: NASA/ESA/CSA/STScI/J. Jencson(Caltech/IPAC))

스페이스 클럽(Space Club)