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태아별에서 생명 근원 ‘유기물’ 분자 첫 검출

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2019년 02월 07일 16:34 프린트하기

V883 Ori 주위를 돌고 있는 원시행성계 원반의 상상도. 원반은 바깥쪽은 차갑기 때문에 먼지입자들이 얼음으로 덮여있다. 이번 ALMA 관측을 통해 원반에서 물이 승화하는 경계면인 ′스노우 라인′ 근처에서 다양한 유기분자 방출을 확인했다. -사진 제공 일본국립천문대
V883 Ori 주위를 돌고 있는 원시행성계 원반의 상상도. 원반은 바깥쪽은 차갑기 때문에 먼지입자들이 얼음으로 덮여있다. 이번 ALMA 관측을 통해 원반에서 물이 승화하는 경계면인 '스노우 라인' 근처에서 다양한 유기분자 방출을 확인했다. -사진 제공 일본국립천문대

지구 생명의 근간이 된 물과 유기물이 태양계가 태어나던 초기인 ‘원시태양계’ 때부터 존재했다는 직접적인 증거가 나왔다. 


이정은 경희대 우주탐사학과 교수팀은 전파망원경으로 지구에서 1350광년 떨어져 있는 원시행성계의 물질이 내는 전파를 분석해 이곳에 메탄올 등 생명체로 진화할 가능성이 높은 다섯 개의 복잡한 유기물질을 검출하는 데 성공해 ‘네이처 천문학’ 4일자에 발표했다.


지구에는 물과 함께 복잡한 유기물이 존재하고, 이 물질들이 생명 탄생의 기원이 됐다. 하지만 태양은 물론 지구 등 행성이 형성될 때는 매우 뜨겁기 때문에 물과 유기물이 존재할 수 없다. 현재 천문학자들은 지구가 식은 뒤 찾아온 혜성이 물과 유기물을 공급했을 것으로 추정하고 있다. 혜성 역시 원시태양계가 만들어질 때 함께 만들어지므로, 이 경우 행성의 ‘씨앗’인 원시태양계 원반(나중에 합쳐져 행성으로 자라는 물질들이 구름 형태의 원반을 형성한 구조)에 물과 유기물이 존재해야 한다. 


이 교수팀은 칠레 북부 아타카마 사막에 위치한 세계 최대 전파망원경군집인 ‘아타카마 대형 밀리미터 집합체(ALMA)’를 이용해 오리온자리 부근의 원시행성계 ‘V883 Ori’의 원반을 관측했다. V883 Ori는 2016년 ‘네이처’ 논문 등을 통해 주변에 얼음으로 추정되는 물질이 다량 존재한다고 밝혀진 천체다. 우주는 춥기 때문에 이 물은 대부분 얼음으로 존재하는데, 원시행성계 중심의 ‘태아’ 별에서 약 1억 5000만km(태양에서 지구 사이의 거리)까지는 열에 의해 얼음이 바로 기체로 승화해 존재한다. 이 공간에서는 유기분자도 기체로 존재하기에 전파망원경으로 관측이 가능하다.

 

ALMA로 관측된 V883 Ori 원반 이미지. 먼지입자가 방출하는 빛은 주황색으로 유기분자인 메탄올이 방출하는 빛은 파란색으로 표현됐다. 메탄올이 방출하는 빛은 고리의 형태로 분포하며, 원반의 중심에는 보이지 않는다. -사진 제공 ALMA/ESO/NAOJ/NRAO
ALMA로 관측된 V883 Ori 원반 이미지. 먼지입자가 방출하는 빛은 주황색으로 유기분자인 메탄올이 방출하는 빛은 파란색으로 표현됐다. 메탄올이 방출하는 빛은 고리의 형태로 분포하며, 원반의 중심에는 보이지 않는다. -사진 제공 ALMA/ESO/NAOJ/NRAO

연구팀은 얼음이 승화될 때 방출되는 특유의 전파 부근에서 메탄올과 아세톤, 아세토니트릴, 아세트알데하이드, 메틸 포메이트 등 다섯 가지 유기분자를 분해 검출하는 데 성공했다. 이들의 함량을 측정한 결과 혜성에서 측정된 유기물의 함량과 거의 비슷했다. 원시행성계에서 혜성이 태어나고, 혜성을 통해 지구에 물과 유기물이 들어왔다는 가설이 입증된 것이다.


이번 연구는 ‘기다림’ 끝에 얻은 성과다. 원시태양계라고 해서 다 전파로 물질을 검출할 수 있는 것이 아니기 때문이다. 태아 별은 스스로 수소핵융합을 통해 빛을 내는 질량(태양 질량의 8%)에 이를 때까지 물질을 급격히 흡수한다. 태아 별을 향해 떨어진 물질의 중력 에너지는 별 표면에서 충격파 에너지로 바뀌어 별을 갑자기 밝아지게 한다. 이 때 원시행성계 원반의 물과 유기물질이 급격히 승화하며 기체가 되고, 스노우라인이 원반 바깥으로 밀려나며 넓은 영역에서 전파망원경 관측이 가능해진다. 이 교수팀은 수많은 태아 별을 관측하며 ‘때’를 기다린 끝에, 2017년 후반에 V883 Ori가 밝아지는 순간을 포착해 관측하는 데 성공했다.


이 교수는 “세계 최초로 폭발하는 태아 별을 관측해 유기물 검출에 성공했다”며 “태야 별 관측이 행성계 형성 연구의 새로운 대상이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
 

정상상태(위)와 폭발적으로 밝아지는 상태(아래)에 놓여있는 원시행성계원반의 화학적 상태를 보여주는 그림. 폭발적으로 밝아지는 상태에 있는 V883 Ori에서는 원반이 데워져 스노우 라인이 바깥쪽으로 밀려난다. 따라서 넓은 영역에서 얼음에 갇혀있던 다양한 분자들이 기체상태로 승화한다. -사진 제공 일본국립천문대
정상상태(위)와 폭발적으로 밝아지는 상태(아래)에 놓여있는 원시행성계원반의 화학적 상태를 보여주는 그림. 폭발적으로 밝아지는 상태에 있는 V883 Ori에서는 원반이 데워져 스노우 라인이 바깥쪽으로 밀려난다. 따라서 넓은 영역에서 얼음에 갇혀있던 다양한 분자들이 기체상태로 승화한다. -사진 제공 일본국립천문대
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