제임스 웹, 오리온 성운 내의 원시행성계 원반을 자세히 관측하다
원시행성계 원반에서 메틸 양이온을 최초로 관측하다
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가장 인기 있는 천체 오리온 성운
오리온 성운은 발광성운으로 천문학 덕후들이나 아마추어 천문학자들에게 가장 인기 있는 천체 중 하나이다. 오리온 자리가 워낙에 인기 있는 천체이기도 하지만, 오리온 자리를 볼 수 있다면 오리온 자리의 자리 사이에서 오리온 성운 천체를 쉽게 볼 수 있기 때문이다. 맨눈으로도 관측이 어렵지 않으며, 빛 공해가 많은 도시에서도 쌍안경만 있다면 충분히 관측이 가능하다.
거대한 별 형성의 장소인 오리온 성운은 오래전부터 먼지와 가스 속에서 별이 탄생하는 과정과 광해리 효과(Photodissociation regions)에 관한 천문학적 정보를 가져다준 천체로 천문학 역사에서 가장 오래된 관측 대상이기도 하다. 새롭게 별이 형성되고 있는 중심부의 온도는 무려 1만 K에 달한다. 이는 중심부에 있는 사다리꼴 성단의 별들이 내뿜는 에너지 넘치는 자외선이 주변 성간 물질을 가열하기 때문인데, 이 중 가장 큰 별인 오리온 자리 세타-1 C(θ-1 Orionis C)는 O등급의 별로 표면 온도가 무려 4만 K에 이른다.
오리온 성운에서 가장 오래된 별은 약 30만 년 정도 되었으며, 가장 밝은 별은 약 1만 년 정도 된 것으로 알려져있다.
오리온 성운에서는 대부분의 영역이 유명하지만, 특히나 왼쪽 아래 사분면에 위치해 있으며 가스와 먼지로 이루어진 대각선 능선 모양의 오리온 바(Orion Bar)로 알려진 영역이 가장 인기 있는 영역이다. 근처의 젊은 별에서 나오는 강렬한 방사선이 바 부분을 침식하고 있기 때문이다.
연이어서 새로운 우주의 모습을 우리에게 보여주고 있는 제임스 웹에게 쌍안경으로도 관측이 쉬운 오리온 성운의 관측은 사실 일도 아니다. 제임스 웹 우주망원경은 오리온 성운의 관측에 더하여 위 성운의 세부 모습을 매우 자세히 관측했다. 특히, 오리온 성운내의 원시행성계 원반 (protoplanetary disk), 즉 지금 막 태어나고 있는 행성계까지 관측했는데, 위 관측을 통해서 매우 중요한 화합물까지도 발견했다.
왼쪽 사진은 근적외선카메라(NIRCam)으로 촬영한 오리온 성운의 일부, 즉 오리온 바라고 알려진 오리온 성운의 일부를 보여주고 있다. 왼쪽 상단 모서리에 위치한 사다리꼴 성단의 에너지 넘치는 자외선이 밀도가 높은 분자 구름과 상호작용하는 영역이며. 별의 에너지는 오리온 바를 서서히 침식하고 있다. 이는 이곳에서 태어나고 있는 어린 별 주위에 형성된 원시행성계 원반의 분자구조와 화학 조성에 큰 영향을 미치고 있다.
또한, 제임스 웹의 결과를 모아놓은 사진 중 오른쪽 위는 왼쪽 사진 네모의 작은 영역을 중적외선기기 (MIRI)로 촬영하며 더 작은 영역에 초점을 맞추고 있는 사진이다. 위 작은 영역의 중심부에서 원시행성계 원반 d203-506이 발견되었는데, 위 원반의 확대사진은 오른쪽 아래 사진에서 나타난다. 이는 근적외선 카메라와 중적외선 카메라의 이미지가 결합된 사진이며, 이 이미지에는 근적외선 1.4 마이크로미터에서 중적외선 25.5 마이크로미터에 이르는 파장을 커버하는 총 18개의 필터가 사용되었다.
제임스 웹의 결과를 모아놓은 사진 중 오른쪽 아래, 가운데 어린 별의 모양이 확장된 것은 알 수 있는데, 이는 강한 자외선에 의한 압력 때문이다. 특이한 점은 d203-506에서 메틸 양이온(methyl cation, CH3+)으로 알려진 새로운 탄소 분자가 처음으로 발견되었다는 점이다.
메틸 양이온 분자는 더 복잡한 탄소 기반 분자의 형성을 돕기 때문에 매우 중요한 물질로 여겨진다. 위 분자는 한 개의 탄소 원자와 세 개의 수소 원자로 이루어진 이온 형태로 다른 분자와 쉽게 결합할 수 있다. 따라서 더욱 복잡한 탄소 화합물, 더 나아가 생명체를 이루는 유기 화합물의 기초를 이룰 수 있는 코너스톤(cornerstone)같은 중요한 물질이다.
이 그래픽은 오리온 바의 광해리 영역(PDR: Photodissociation regions) 특성을 잘 보여주고 있다. 따뜻한 가스와 먼지의 균일한 영역으로 생각되었던 광해리 영역은 복잡한 구조와 4개의 뚜렷한 구역을 포함하는 것으로 알려져 있는데, 이를 통해서 마냥 강할 것이라고만 예상되던 자외선은 훨씬 더 복잡한 방식으로 상호작용하고 있음이 밝혀졌다.
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