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- 1,300광년 떨어진 별의 원시행성 원반에서 태양계 물의 기원에 대한 연결 고리 발견
- 지구 물의 일부가 우리 행성이나 태양보다 훨씬 오래되었을 가능성

태양계에서 물은 어디에서 왔을까?
Protostar는 태양계에서 물의 기원에 대한 중요한 연결고리를 제공한다.

우주의 물: 

천문학자들은 1,300광년 떨어진 별의 원시행성 원반에서 태양계 물의 기원에 대한 중요한 연결 고리를 발견했다. 스펙트럼 분석은 이 시스템의 물 분자가 성간 매질의 것과 유사한 중수소 함량을 가지고 있지만, 태양계의 혜성과 소행성과도 비슷하다는 것을 밝혀냈다. 따라서 "Nature"의 천문학자들에 따르면 태양계의 물은 적어도 부분적으로는 성간 기원이며 우리 시스템보다 훨씬 오래됐다. 

▲ 원시성 V883 Orionis와 원시행성 원반은 태양계 물의 기원에 대한 결정적인 단서를 제공했다. 이것은 물 분자의 중수소 함량에 의해 밝혀졌다. © ESO/L. Calçada

지구는 어디에서 물을 얻었을까? 동위원소 비교에 따르면 우리 행성은 일부는 원시 구름의 먼지와 가스, 일부는 소행성과 혜성의 충돌에서 물을 얻었다. 그러나 다른 소스를 가리키는 일부 불일치도 있다. 따라서 행성 연구자들은 어린 별들과 원시행성 원반이 성간 매체(새로운 별이 형성되는 가스와 먼지 구름)로부터 물을 "상속"받는다고 한동안 의심해 왔다.

체인에서 누락된 연결고리

“우리는 우주를 통과하는 물의 경로를 사슬로 상상할 수 있다. 우리는 이미 그것의 최종 구성원이 어떻게 생겼는지, 즉 행성과 혜성에 있는 물을 알고 있다”고 Charlottesville에 있는 NRAO(National Radio Astronomy Observatory)의 제1저자 John Tobin이 설명했다 “지금까지 우리는 지구를 혜성과 연결하고 원시성을 성간 매체와 연결할 수 있었다. 그러나 원시별에서 혜성으로의 연결고리가 빠져 있었다.”

 

이 잃어버린 고리는 어린 별 주변의 원형 행성 원반에 의해 실제로 제공되어야 한다. 그러나 문제가 있다. 일반적으로 이러한 가스와 먼지 원반에 있는 대부분 물은 얼음 결정으로 얼어 있다. 얼어붙은 물의 경우 천문학자들은 스펙트럼 분석을 사용해 중수소 동위원소 중수소의 비율과 같은 동위원소 조성을 결정할 수 없다. 이것은 기체 물질에서만 가능하다.

핫디스크 원시별(Protostar)

이것은 이제 V883 Orionis와 다르다. 이 프로토스타(원시별)는 Orion 별자리에서 우리로부터 약 1,300광년 떨어져 있다. 원형 행성 디스크는 최대 320개의 천문 단위를 우주로 확장하므로 관찰하기 쉽다. 그러나 결정적인 요인은 원시성 주변 물질이 약 130년 전 강력한 폭발로 가열되었다는 점이다. 그 결과 눈선(물이 얼어붙은 선)이 훨씬 바깥쪽으로 이동했고 이제 많은 물이 수증기 형태가 되었다.

칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 사용해 Tobin과 그의 팀은 이 원시별 주변의 물의 스펙트럼 서명을 포착하고 분석할 수 있었다. "V883 Orionis의 가열된 원반은 대부분의 원형 행성 원반에서는 불가능한 공간 분해 방식으로 물 저장소를 특성화할 수 있게 해준다"고 천문학자들은 설명했다.

▲ ALMA의 이 이미지는 V883 Orionis 주변의 원시행성 원반에서 물(주황색), 먼지(녹색) 및 일산화탄소(파란색)의 분포를 보여준다. © ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), J Tobin, B Saxton(NRAO/AUI/NSF)

성간 물에 대한 누락 된 링크

분석 결과:
원형 행성 디스크의 물 분자에 있는 중수소 함량은 우리 태양계의 혜성의 물과 유사하지만, 성간 매질과도 유사하다. "이것은 행성계의 물이 성간 공간에서 시작됐고 혜성과 지구 모두에 의해 상대적으로 변하지 않은 채 인계되었다는 생각을 뒷받침한다"고 Tobin은 말했다.

따라서 V883 Orionis는 우주 물 사슬에서 잃어버린 연결 고리를 제공한다. 한편으로 원시 별은 성간 물을 원시 별 및 원시행성 원반과 연결한다. 이것은 별과 행성계가 별 요람의 가스와 먼지로부터 물을 "상속"한다는 개념을 확인시켜준다. 다른 한편으로, 데이터는 이 성간 서명이 우리 태양계에서도 발견된다는 것을 보여준다. 혜성, 소행성 및 지구에서도 물에서 발견된다. 

<V883 Orionis 주변의 물이 우리 태양계에 대해 드러내는 것 ©ESO>

성간 및 태양보다 오래된

"V883 Orionis는 잃어버린 고리다. 우리는 이제 성간 매체에 대한 혜성과 원시 별의 끊어지지 않은 사슬을 가지고 있다"고 Tobin은 말했다. Leiden Observatory의 공동 저자인 Margot Leemker는 다음과 같이 덧붙였다.

동시에 그 결과는 지구 물의 일부가 우리 행성이나 태양보다 훨씬 오래되었을 가능성이 있음을 시사한다. 그들은 우리 행성계보다 오래전에 존재했던 성간 환경에서 왔다.
(Nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-022-05676-z)
출처: National Radio Astronomy Observatory (NRAO),
European Southern Observatory (ESO)
국립전파천문대(NRAO), 유럽남방천문대(ESO)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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