제임스 웹, NGC 346 산개성단을 자세히 관측하다

[서해원당]

제임스 웹, NGC 346 산개성단을 자세히 관측하다

먼지와 수소로 가득찬 소마젤란은하의 젊은 산개성단 NGC 346 관측

2023.02.01 09:00 김민재 리포터

은하에 위치한 젊은 산개성단

NGC 346은 소마젤란은하(SMC: Small Magellanic Cloud)에 위치한 젊은 산개성단(open cluster)으로 큰부리새자리 남쪽에 위치해있다. 위 산개성단은 발견된 지 200년 가까이 되는 성단으로 비슷한 별들이 많이 모여있는 성단이다. 위 성단의 바깥쪽에는 소마젤란은하에서 가장 밝은 별로 알려진 다중성계 HD 5980이 위치해있다.

위 산개성단은 소마젤란은하에서 가장 밝은 영역의 중심부이자, 은하 막대의 북동부 쪽에 위치해 있다. 성단은 매우 밝은 O형별 최소 33개를 포함하고 있으며, 가장 어린 성단 구성별의 나이는 200만 년으로 알려져있다.

                              허블 우주망원경이 촬영한 NGC 346 산개성단의 모습 ⓒ NASA, ESA and A. Nota (ESA/STScI, STScI/AURA)

산개성단이란?

산개성단은 같은 분자구름에서 태어난다. 즉, 나이가 거의 비슷하며 비슷한 화학조성을 가진 별들이 수천 개 이상 모인 집단을 뜻한다. 성단의 별들은 서로 중력으로 느슨하게 묶여있으며 은하 중심을 돌며 보통 몇억 년 정도 함께 진화하는 것으로 알려져 있다. 따라서 산개성단은 항성 진화를 연구할 때 매우 중요한 천체로 여겨지고 있다.

산개성단은 특이하게도 나선은하와 불규칙은하에서만 발견되고 있다. 가장 유명한 산개성단으로는 맨눈으로도 관측이 가능한 플레이아데스 성단을 들 수 있다.

                                                             플레이아데스 성단ⓒ NASA, ESA, AURA/Caltech, Palomar Observatory

천문학의 역사를 바꾸고 있는 제임스 웹

제임스 웹은 천문학의 역사를 바꿔놓고 있다고 해도 과언이 아니다. 한가지 예로, 그저 신비한 모습으로만 알려져 있던 ‘창조의 기둥’도 제임스 웹의 눈으로 바라보니 경이롭다 못해 섬뜩하기까지 하다.

ⓒ JWST/NASA, ESA, CSA

극도로 민감한 망원경으로 자세한 촬영을 수행하는 것은 단순히 눈만 즐거운 것이 아니다. 우리가 알고 있던 천문학적 현상이 새로운 모습으로 관측되기도 하며 가설로만 여겨지던 이론이 새롭게 검증되기도 한다. 또한 여러 변수를 이용한 모델링을 이용하여 더 자세한 천문학적 현상을 검증하고 예측할 수 있다.

이러한 제임스 웹의 눈으로 바라본 소마젤란은하 그리고 위 산개성단은 어떤 모습일까?

먼지와 수소로 가득 찬 성단의 모습 

제임스 웹의 눈으로 관측한 산개성단 NGC 346의 모습 ⓒ NASA, ESA, CSA, Olivia C. Jones (UK ATC), Guido De Marchi (ESTEC), Margaret Meixner (USRA), Alyssa Pagan (STScI), Nolan Habel (USRA), Laura Lenkić (USRA), Laurie E. U. Chu (NASA Ames)

위 사진은 근적외선 카메라(NIRCam)로 촬영한 NGC 346의 이미지이다. (고화질 사진 보러 가기) 

북쪽과 동쪽 나침반 화살표는 하늘을 바라볼 때 사진의 방향을 보여주며 위에서 아래로 내려다볼 때는 방향이 반전되어야 한다. 오른쪽 아래의 스케일바를 통해서 별의 속도로 50년 동안 가야 하는 거리를 보여주고 있다. 참고로 위 스케일바는 15파섹(parsec: pc) 정도에 해당하며 1파섹은 대략 3.26광년 혹은 지구와 태양 사이의 거리 206,265배에 해당한다.

이미지 아래에는 촬영에 사용된 NIRCam 필터와 각 필터에 할당된 가시광선 색상(F200W 파란색으로 표시 – 2.00 마이크로미터 파장 사용, F277W 녹색으로 표시- 2.77 마이크로미터 파장 사용, F335M 주황색으로 표시- 3.55 마이크로미터 파장 사용, F444W 빨간색으로 표시- 4.44 마이크로미터 파장 사용)이 나타나 있다.

위 성단은 은하 내에서도 특히나 역동적인 성단이다. 위 사진에서는 특히 별 뿐 아니라 행성을 구성하는 구성 요소들, 즉 먼지와 수소로 가득 찬 모습을 볼 수 있다. 특히 이전까지 예상되던 양보다 훨씬 더 많은 먼지와 수소가 보여지고 있다. 특히 천문학자들은 NGC 346 성단에서 별을 이루는 가스와 먼지구름의 초기형태에 큰 관심을 보이고 있다.

큰 천문학적 의미를 가지는 NGC 346 산개성단 

위 사진에는 두 가지 수소 유형이 포함된 가스 기둥과 아크 모양의 집합체를 볼 수 있다. 분홍색을 띠고 있는 가스는 일반적으로 약 10,000°C 이상으로 뜨거운 활성화된 수소를 나타내며, 주황색을 띠고 있는 가스는 밀도가 높은 분자 수소를 나타낸다. 이들은 -200°C보다 더 차가운 것으로 예측되며, 먼지와 함께 존재하고 있다.

허블의 눈으로 바라본 산개성단보다 훨씬 더 민감한 감도를 보이고 있다. ⓒ NASA, ESA, CSA, Olivia C. Jones (UK ATC), Guido De Marchi (ESTEC), Margaret Meixner (USRA), Alyssa Pagan (STScI), Nolan Habel (USRA), Laura Lenkić (USRA), Laurie E. U. Chu (NASA Ames)

위 성단은 별이 태어나는 장소이다. 하지만, 별의 탄생에는 반드시 뜨거운 가스만 필요한 것이 아니다. 별의 탄생을 위해서는 먼지로 인한 온도 하강이 필수적이고 낮은 온도의 기체도 필요하다. 따라서 차가운 수소가스는 별이 형성될 수 있는 훌륭한 환경을 제공해주고 있다. 즉, 이들은 주변 환경을 점차 변화시킬 수 있는 기체들이다.

위 사진은 우리은하가 아닌 다른 은하에서 다양한 질량을 가진 별들의 생성 과정을 처음으로 보여주고 있기에 큰 의미가 있다. 제임스 웹의 눈으로 바라본 초고해상도 성단 사진을 통해서 가스와 먼지구름의 보다 정확한 모습이 드러나며, 원시별의 생성 과정에 관한 궁금증도 곧 풀리리라 기대된다.

• 김민재 리포터
• 저작권자 2023.02.01 ⓒ ScienceTimes