제임스웹우주망원경이 관측한 ‘우주에서 가장 차가운 얼음’

미항공우주국 나사(NASA)가 중심으로 운용하는 적외선 관측용 우주망원경인 제임스웹우주망원경이 지금까지 관측된 것 중 가장 차가운 온도 얼음을 관측, 측정한 게 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 발표됐다. 이 얼음에는 생명 구성 요소로 이어지는 물질도 확인되고 있으며 인류가 거주 가능한 행성에 대한 이해가 깊어질 것으로 보인다.

허블우주망원경 후속으로 개발된 제임스웹우주망원경은 2021년 12월 발사되어 2022년 7월부터 메인 센서를 이용한 관측을 시작했다. 발사가 이뤄지고 나서 구세대보다 압도적으로 고정밀도 우주 사진을 촬영할 수 있고 꽤 먼 은하를 선명하게 촬영할 수 있고 다양한 활약을 보이는 것 외에 2023년 1월에는 지금까지 알려지지 않았던 태양계 외행성 LHS 475 b를 관찰한 것으로 보고됐다.

이어 1월 23일 네이처 천문학에 발표된 내용에 따르면 제임스웹우주망원경은 새로 지금까지 관측해온 것 중 가장 차가운 얼음을 성간 분자 구름 최심부에서 발견했다. 얼음 온도는 마이너스 440도로 절대 영도가 되는 459.67도에 꽤 가까운 값이다. 연구팀은 이 얼음 연구 프로그램을 아이스에이지(Ice Age)로 명명하고 초기 결과를 논문에 소개하고 있다.

연구팀은 제임스웹우주망원경 적외선 카메라를 이용해 지구에서 500광년 떨어진 카멜레온I이라는 분자 구름을 조사했다. 분자구름은 얼어붙은 분자나 가스, 먼지로 구성되어 별이나 행성 탄생 장소가 된다고 여겨지고 있다. 제임스웹우주망원경이 검출한 이 분자구름 중에는 황화카르보닐, 암모니아, 메탄, 메탄올 등 분자가 동결되어 있는 게 확인됐다. 연구자에 따르면 이들 분자는 언젠가 성장해 별 고온 핵 일부가 되고 미래에는 태양계 외행성 일부가 될 가능성이 있다고 한다. 또 거주 가능한 행성을 생각할 때 얼음은 탄소나 수소, 산소 등 중요한 요소 공급원이 되는 불가결한 존재이기 때문에 이번 발견이 중요한 의미를 지닌다는 설명이다.

한 천문학자는 이번 발견에 관한 나사 발표에서 관측 결과는 행성을 형성하는 몇 cm 크기 자갈로 성장하는 성간 먼지 얼음에 대한 형성 초기 단계에 통찰력을 제공한다며 따라서 생명 구성 요소를 만드는데 필요한 분자 형성 경로에 대해 새로운 지식을 열 수 있는 발견이라고 말할 수 있다.

또 연구팀은 카멜레온I 분자를 확인하기 위해 분자구름 다른 쪽에 있는 별빛이 분자구름에 있는 먼지 그리고 분자에 어떤 형태로 흡수되는지 패턴을 분석하고 있다며 여기에서 메탄올이나 에탄올 같은 복잡한 유기분자를 동정할 수 있었던 건 이런 특정 분자구름으로부터 발달한 많은 별과 행성계가 분자구름으로부터 상당히 복잡화가 진행된 화학물질을 계승해 나가는 걸 시사하고 있다며 발견 의의를 설명하고 있다.

연구팀은 이 관측 방법에 대해 얼음은 뒤쪽에 있는 별빛에 대한 움푹 들어간 곳으로 나타난다며 온도가 낮고 밀도가 높다며 이 지역에선 별빛이 차단되어 별빛을 감지해 분자구름 얼음을 확인할 수 있다며 이런 특정에는 절묘한 감도가 필요했다는 말로 우주망원경에 대한 관측이 뛰어나다고 주장하고 있다. 이번 발견은 행성 원시 상태에서 얼음이 어떻게 진화해 나가는지를 볼 수 있는 첫 단계에 머물고 있다. 따라서 구체적으로 어떤 혼합물로 구성된 얼음이 행성까지 유지되는지 다시 말해 어떤 원소가 행성 표면에 도달하는지 등 향후 중요한 발견으로 이어질 것으로 기대되고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.