[사이테크+] "초저질량 별 주변서 탄화수소 풍부한 원시 행성 원반 발견"

 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 520광년 밖에 있는 태양 10분의 1 크기의 초저질량 별(VLMS)에서 메탄·에탄 등 다양한 탄화수소가 풍부하게 존재하는 원시 행성 원반(protoplanetary disk)을 포착했다.

네덜란드 흐로닝언대 아디트야 아라바비 박사가 이끄는 국제 연구팀은 10일 과학 저널 사이언스(Science)에서 JWST 중적외선 관측 장치로 카멜레온 성단 내 초저질량 별 'ISO-ChaI 147'의 원시 행성 원반에서 다양한 탄화수소들을 발견했다고 밝혔다.

연구팀은 탄화수소가 풍부한 행성 원반은 물·이산화탄소 등 산소 함유 분자가 많은 태양형 별의 원반과는 매우 다르다며 이 발견이 우주에서 가장 흔한 별인 초저질량 별 주변의 암석형 행성 탐사에 영향을 미칠 것이라고 말했다.

원시 행성 원반은 젊은 별 주위를 도는 우주 가스와 먼지층으로 행성이 형성되는 곳이다. 원반 구성 물질의 종류와 양, 분포에 따라 형성되는 행성의 특성과 수, 크기가 달라진다.

또 질량이 태양의 30% 미만인 초저질량 별 주변의 원반에서는 목성 같은 가스 행성보다 지구 같은 암석 행성이 더 효율적으로 형성되며, 초저질량 항성에는 대부분 지구형 행성이 있는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 이 연구에서 제임스 웹 우주망원경에 탑재된 중적외선 관측 장치로 약 520광년 떨어진 카멜레온 성단에서 별이 활발하게 형성되는 영역에 있는 태양 질량 0.11배의 젊은 별 ISO-ChaI 147을 관측했다.

질량이 큰 별 주변 원시 행성 원반의 화학적 구성은 이전에도 연구됐지만 초저질량 별 주변 원반의 구성 물질은 거의 조사되지 않았다고 연구팀은 밝혔다.

ISO-ChaI 147 주변 행성 형성 원반을 통과해 포착된 빛의 중적외선 스펙트럼 분석 결과 원반에는 산소보다 탄소의 양이 더 많은 것으로 나타났다.

탄화수소 성분으로는 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 에틸렌(C2H2), 디아세틸렌(C4H2), 프로핀(C3H4), 벤젠(C6H6), 메틸기(CH3-) 등 13가지 분자가 발견됐다. 이중 에탄과 에틸렌, 프로핀, 메틸기는 원시 행성 원반에서는 처음으로 포착됐다.

반면에 물이나 일산화탄소의 흔적은 전혀 발견되지 않았다.

공동 저자인 막스 플랑크 천문학 연구소(MPIA) 토머스 헤닝 박사는 "이런 원반에서 형성되는 행성의 일차 대기는 물과 이산화탄소같이 산소가 풍부한 기체가 아니라 탄화수소 화합물이 지배적일 것"이라고 말했다.

아라바비 박사는 "탄화수소 화합물의 스펙트럼은 대기에 흡수되기 때문에 지구에서는 관측이 불가능하고, 이전 ISO-ChaI 147 관측에서는 아세틸렌만 확인됐었다"며 "이번 발견은 JWST의 높은 감도와 MIRI의 뛰어난 스펙트럼 해상도 덕분에 가능했다"고 덧붙였다.

◆ 출처 : Science, Aditya M. Arabhavi et al., 'Abundant hydrocarbons in the disk around a very-low-mass star', www.science.org/doi/10.1126/science.adi8147