스페이스 클럽 과학자들, 행성 출생지에서 생명체를 위한 '화학 스타터 키트'를 발견하다

[스페이스클럽]

IRAS는 1983년에 NASA–영국–네덜란드가 공동 발사한 적외선 천문 위성을 가리키며, 이 젊은 별을 분자 구름의 두꺼운 가스와 먼지를 통해 적외선을 처음 감지한 것입니다.

COMPASS 팀은 또한 11개의 원시성 중 절반 이상에서 메탄올 메이저 방출을 발견했으며, 이는 가장 젊은 별에 유리하게 작용했습니다. 메이저는 마이크로파 방출이 자극되고 증폭되는 점에서 레이저의 마이크로파 버전이지만, 천체물리학적 메이저는 메탄올 분자가 충돌하고 여기되는 충격 전선에서 자연적으로 발생합니다.

메탄올 메이저는 이전에 난류가 있는 고질량 원시별 주변의 행성 형성 원반에서 발견된 바 있지만, COMPASS의 관측은 더 차분한 저질량 원시별 주변에서 메탄올 메이저를 처음으로 탐지한 사례입니다.

드로즈도프스카야는 "저질량 원시별에서도 발견된 사실은 그곳에서도 거대한 별과 유사한 극단적인 물리적 조건이 존재할 수 있음을 보여주며, 태양형 별의 형성에 대한 우리의 기존 이해에 도전한다"고 말했다.

아타카마 사막에 위치한 ALMA 배열 안테나 일부가 있습니다 (이미지 출처: ESO/C. 말린)

이 발견은 메탄올 메이저가 모든 행성 형성 원반의 공통 산물이며, 따라서 원시성의 질량과 상관없이 별과 행성 탄생에서 보편적인 과정에 의해 생성된다는 것을 시사합니다.

예를 들어, 성장하는 별이 주변에서 가스를 축적하면서 발생하는 열 폭발은 행성 형성 원반에 충격을 일으켜 풍부한 메탄올의 메이저 활동을 자극할 수 있습니다.

드로즈도브스카야는 "COMPASS with ALMA와 같은 고성능 분광 측정이 희귀하고 이전에 알려지지 않은 화학 현상을 탐지하는 데 얼마나 중요한지를 강조한다"고 드로즈도브스카야는 말했다. 이는 IRAS 4A2 주변의 메탄올 메이저와 중수소가 풍부한 메탄올 분자를 모두 언급한 것이다. "이것들은 우리가 아직 젊은 원시성 시스템의 화학 과정에 대해 얼마나 많이 배워야 하는지를 보여준다."

원시행성 원반에는 행성과 그 위성들이 형성되는 가스와 먼지 물질이 포함되어 있습니다. 이 작가의 인상에서는 몇몇 행성이 원반에서 응집되어 나왔습니다. (이미지 출처: 코펜하겐 대학교/라스 부하베)

새로운 발견은 이 '화학 스타터 키트'의 다양성이 별마다 어떻게 다른지에 대한 몇 가지 질문에 답하기 시작했으며, ALMA는 11개 별에서 산소 및 질소 함유 분자 종의 풍부도 차이와 같은 미묘한 차이를 감지했습니다.

그러나 젊은 별계의 화학적 특성이 어떻게 발생하고 그것이 그 성계의 진화에 어떤 영향을 미치는지에 대한 질문은 여전히 답이 없습니다.

현재 COMPASS 팀은 ALMA 관측에서 검출된 다양한 분자 유형을 체계적이고 세심하게 연구하며, 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 등 다른 시설과의 후속 연구를 준비하고 있습니다.

"수집된 모든 데이터를 분석하는 데는 앞으로 몇 년이 더 걸릴 것입니다,"라고 드로즈도브스카야는 말했다.

COMPASS의 첫 결과는 2026년 10월호 Astronomy & Astrophysics 저널에 실린 7편의 논문 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]에 게재되었습니다.

행성과 생명을 이끌어낼 수 있는 성간 화학 퍼즐의 중요한 조각이 여러 젊은 항성계에서 밝혀졌습니다.

젊은 별 주변의 행성 형성 원반에서 풍부한 화학 다양성이 발견되었습니다. (이미지 출처: 가브리엘 페레즈 디아스 (IAC).)

젊은 별을 둘러싼 '화학 스타터 키트'의 일부로 등장하는 메탄올은 예상치 못한 놀라움을 낳아, 궁극적으로 행성과 잠재적 생명체가 원시별 주위에서 형성되는 조건을 밝힐 수 있습니다.

메탄올 발견은 칠레 아타카마 사막에서 ALMA(아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열)를 이용한 천문학자들에 의해 이루어졌으며, 이는 COMPASS(원시별 내 복합 유기 분자와 ALMA 스펙트럼 조사)라는 프로젝트의 일환이었습니다.

"우리의 연구는 젊은 별계의 복잡한 화학 작용에 대한 통찰을 제공하며, 궁극적으로 생명의 기원을 이해하는 데 중요한 퍼즐 조각이 될 것입니다."라고 COMPASS 프로젝트를 이끄는 베른 대학교 천체물리학자 마리아 드로즈도브스카야는 성명에서 말했다.

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Webb Telescope detects 'never before seen in space' molecule in awesome Orion Nebula view

메탄올의 중요성

메탄올 (CH3OH)는 별과 행성 형성 영역에 매우 풍부하기 때문에 중요합니다. 사실, 성간 공간에서 발견되는 가장 풍부한 복합 유기 분자이며, 행성 형성 원반에서 흔히 발견됩니다.

메탄올의 엄청난 양 덕분에 젊은 별 주변에서 발견되는 모든 분자 중에서 메탄올은 일반 수소 원자가 중수소라는 더 무거운 수소 동위원소로 대체되는 다양한 형태를 가장 쉽게 감지할 수 있습니다.

이 무거운 동위원소를 포함하는 분자 수는 원반 내에서 행성이 형성되는 조건에 크게 좌우됩니다.

그래서 COMPASS 팀은 ALMA를 사용해 인근 11개의 저질량 원시별 주변의 행성 형성 원반에 속하는 가스에서 이러한 메탄올 형태를 탐색했습니다. 이 관측은 또한 이 원반들의 전반적인 화학적 다양성을 평가하는 데 도움을 주었습니다.

페르세우스 분자 구름, 원시성 IRAS 4A2의 고향 (이미지 출처: NASA/JPL-캘텍)

중수소를 포함한 메탄올 분자의 예상치 못한 발견은 이 11개 별 중 하나인 젊은 별 IRAS 4A2 주위의 행성 형성 원반에서 이루어졌으며, 이 별은 약 천 광년 떨어진 페르세우스 분자 구름에 위치해 있습니다.

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