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- 생명에 필요한 많은 분자가 차가운 별의 요람에 이미 존재한다는 것을 증명
- CO2, CO, 동결된 암모니아(NH4), 시안산염(OCN) 및 황화합물 카르보닐 설파이드(OCS)
- 이 분자 구름에서 생명의 핵심 요소 확인,
- CHONS:탄소, 수소, 산소, 질소 및 황은 거의 모든 생체 분자가 만들어지는 원료

Webb 망원경이 생명의 얼음 구성 원소를 밝힌다.
성간 분자 구름의 원소와 분자에 대한 최초의 목록

화학적 "원시 수프":
James Webb 망원경은 처음으로 별과 행성이 형성되는 성간 매체인 어두운 분자 구름에서 생명의 얼음 구성 요소를 매핑했다. 스펙트럼 데이터는 물, 메탄 및 질소 얼음뿐만 아니라 더 복잡한 유기 분자로 존재하는 모든 생명 구성 요소의 핵심 요소의 존재를 보여주었다. 이것은 천문학자들이 "Nature Astronomy"에서 보고한 것처럼, 생명에 필요한 많은 분자가 그러한 차가운 별의 요람에 이미 존재한다는 것을 증명한다. 

▲ James Webb 망원경의 이 이미지는 어두운 분자 구름 Chameleon I의 중심을 보여준다. 천문학자들은 이제 별과 행성이 형성되는 이 장소에서 어떤 요소와 분자가 발생하는지 결정했다. © NASA/ESA/CSA and M. Zamani(ESA/Webb)

차갑고 어두운 분자 구름은 행성의 요람이다. 분자 가스와 얼음으로 덮인 먼지로 구성된 성간 구름에는 별과 원형 행성 디스크가 형성되는 구성 요소가 포함돼 있다. 성간 먼지 알갱이의 얼음층은 촉매와 같은 역할을 한다. 그 안에서 탄소, 수소, 산소, 질소 및 황과 같은 원소가 반응해 때때로 복잡한 유기 분자를 형성하고 따라서 생명의 첫 번째 구성 요소를 형성한다.

차갑고 어두운 심장

그러나 이러한 생명 구성 요소 중 어떤 것이, 그리고 얼마나 많은 것이 어두운 분자 구름에 숨겨져 있는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 문제는 먼지가 한편으로 광학 망원경과 적외선 망원경의 시야를 차단하고, 극한의 추위와 이러한 구름 중심의 먼지로 인해 방사선과 해당 스펙트럼을 거의 감지할 수 없다.

여기에서 James Webb 망원경이 사용된다. 이를 통해 Leiden 대학의 Melissa McClure가 이끄는 천문학자들은 처음으로 어두운 분자 구름에서 이러한 얼음 구성 요소의 존재를 조사하는 데 성공했다. 연구팀은 현재 수십 개의 새로운 별이 형성되고 있는 지구에서 630광년 떨어진 카멜레온 I 분자 구름을 목표로 삼았다.

행성의 화학적 "원시 수프"

연구를 위해 천문학자들은 먼지를 통해 빛나는 배경별에서 나오는 희미한 빛의 구름 분자와 요소가 남긴 흡수선을 분석했다. "이 빛의 대부분이 차단되기 때문에 이 빛을 포착하고 얼음의 스펙트럼 서명을 식별하는 데 Webb 망원경의 놀라운 감도가 필요했다"고 볼티모어 우주 망원경 과학 연구소의 공동 저자인 Klaus Pontoppidan은 설명한다.

그 결과는 성간 분자 구름의 중심에 있는 생명의 얼음 구성요소의 첫 번째 목록이다.
McClure는 "우리의 결과는 성간 먼지 알갱이에서 얼음 화학의 첫 번째 어두운 단계에 대한 통찰력을 제공하며, 이로부터 센티미터 크기의 행성 구성 요소가 나중에 성장한다"고 말했다. "관찰은 생명의 기본 구성요소의 원료를 형성하는 단순하고 복잡한 분자의 형성 경로를 보여준다.“

▲ Webb 망원경 장비 3대의 스펙트럼은 구름에 어떤 분자와 원소가 있는지 보여준다. © NASA/ESA/CSA, Joseph Olmsted (STScI)

삶의 모든 핵심 요소

구체적으로, 스펙트럼 데이터는 카멜레온 I의 중심에 있는 얼음으로 덮인 먼지가 얼어붙은 이산화탄소와 일산화탄소뿐만 아니라 많은 양의 물 얼음을 포함하고 있음을 보여주었다. 먼지의 규산염도 스펙트럼에서 볼 수 있다. 천문학자들이 보고한 바와 같이 동결된 암모니아(NH4), 시안산염(OCN) 및 황화합물 카르보닐 설파이드(OCS)도 있다.

따라서 천문학자들은 이 분자 구름에서 생명의 핵심 요소를 확인했다. CHONS라고도 알려진 탄소, 수소, 산소, 질소 및 황은 거의 모든 생체 분자가 만들어지는 원료다. "이러한 요소는 단순한 아미노산과 같은 프리바이오틱 분자의 중요한 구성 요소이며, 따라서 말하자면 생명의 성분이다"고 베른 대학의 공저자 Maria Drozdovskaya는 설명했다.

풍부한 유기 분자

또한 연구원들은 구름에서 메탄(CH4), 메탄올(CH3OH), 에탄올(CH3 CH2OH), 아세톤(CH3COCH3) 및 아세트알데히드(CH3CHO)를 포함한 유기 탄소 화합물도 감지했다. McClure의 동료인 Will Rocha는 "메탄올이나 에탄올과 같은 더 복잡한 유기 분자의 확인은 이 구름에서 발달하는 별과 행성계가 상대적으로 발전된 화학 물질을 물려받을 것임을 시사한다"고 말했다.

연구원에 따르면 이것은 우주에서 프리바이오틱 분자의 전구체가 예외가 아니라 규칙임을 시사한다. "이것은 별 형성의 보다 일반적인 결과인 것으로 보이며 결코 우리 태양계의 독특한 특징이 아니다"고 Rocha는 말했다.

사라진 나머지의 수수께끼

그러나 분자 구름의 중심에 대한 최초의 스펙트럼 관찰은 또한 의문을 제기한다. 스펙트럼에서 식별된 분자 및 원소의 양이 예상 값과 모델에 의해 예측된 값보다 훨씬 적기 때문이다. McClure와 그녀의 동료들은 "우리는 이 짙은 구름에서 탄소의 최대 19%, 질소 예상 지출의 13%, 황의 1%를 본다"고 말했다.

천문학자들은 이러한 요소의 누락된 나머지가 먼지 알갱이 주변의 얼음층 아래에 ​​숨겨져 있다고 의심한다. 즉, 먼지 알갱이 표면의 광물 또는 탄소질 그을음 층에 갇혀 있다. 요소가 존재하는 형태는 현재 데이터를 기반으로 정확하게 결정할 수 없다. 그러나 팀은 이미 "아이스 에이지" 프로젝트의 일환으로 James Webb 망원경으로 추가 관측을 계획했다.

McClure는 "이것은 우리가 찍을 계획인 일련의 스펙트럼 스냅샷 중 첫 번째에 불과하다"고 설명했다. "그들은 이 얼음이 초기 형성에서 원시행성 원반의 혜성 형성 영역으로 어떻게 발전하는지 보여주어야 한다. 이것은 어떤 얼음 혼합물과 원소가 궁극적으로 지구형 행성의 표면과 가스 행성 및 얼음 거인의 가스 외피에 있는지 알려줄 것이다.”
(Nature Astronomy, 2023; doi: 10.1038/s41550-022-01875-w)
출처: Space Telescope Science Institute, Universität Bern
베른 대학교 우주 망원경 과학 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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