어린 별에서 생명의 기원 '유기분자' 확인...제임스웹 관측

국내 연구진 포함 '제임스웹 사이클1' 프로젝트팀, 천체물리학저널 발표

태아별에서 제임스 웹 우주망원경에 의해 관측된 얼음 분자 스펙트럼. 서울대 제공

국내 연구진이 포함된 과학자들이 제임스웹 우주망원경(JWST)이 관측한 데이터를 활용해 아주 어린 별에서 생명의 기원으로 여겨지는 유기 분자의 존재를 확인하는 데 성공했다. 

이정은 서울대 물리천문학부 교수를 포함해 각국 천문학자 14명으로 구성된 '제임스웹망원경 사이클 1'프로젝트 팀은 태아 별 주변에서 처음으로 복합유기분자의 얼음 스펙트럼 검출에 성공하고 연구결과를 12일(현지시간) 국제학술지 '천체물리학저널'에 발표했다.

이 프로젝트는 일야오룬 양 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구원이 주도하고 있다. 한국에서는 이정은 교수와 연구조원 김철환 학생, 김재영 한국천문연구원 박사후 연구원이 참여 중이다.

연구팀은 현재 4개 태아 별을 대상으로 얼음 분자 탐사를 진행하고 있다. 이번에는 4개 태아 별 중 하나인 'IRAS15398-3359'에서 유기분자를 검출한 것이다. 이 별은 지구로부터 약 500광년 떨어진 'LupusI'이라는 암흑분자구름 중심에서 막 태어나기 시작한 태아 별이다.

메탄올이나 에탄올과 같은 유기분자는 지구 생명체의 기원으로 여겨진다. 유기분자가 어디에서 어떤 화학적 과정을 통해 만들어지는지는 큰 관심사였다.

20년 전부터 태양계 천체인 혜성에서도 유기분자들이 발견되기 시작했다. 유기분자는 우주 먼지의 표면에서 얼음 상태로 만들어지는데 지금까지 태양계 밖에서 발견된 유기분자는 모두 기체 상태로 관측됐다. 별이 형성되는 곳에서 얼음 상태의 유기분자를 검출할 수 있을 정도로 관측 장비가 충분히 좋지 않았기 때문이다.

유기분자를 검출하기 위해서는 집광력이 좋은 큰 망원경과 성능이 매우 우수한 분광기가 필요하다. 제임스웹 망원경은 이러한 조건을 충족했다. 기존의 적외선 우주망원경에 비해 감도가 100배나 높고 분해능도 10배 가까이 우수해 기체 상태의 유기분자가 관측된 태아 별 바로 인접한 곳까지 분해해서 관측이 가능했다.

연구팀은 이번 연구에서 마이크론 영역의 중적외선 스펙트럼에서 간단한 얼음분자인 CO2, H2O, CH4와 유기분자인 H2CO, CH3OH, HCOOH을 매우 뚜렷하게 검출했다. 약하긴 하지만 C2H5OH 와 CH3CHO도 분명하게 검출했다.

중성분자인 H2, CO, H2O의 방출스펙트럼과 이온 상태의 원자인 Ne+ 와 Fe+ 의 방출스펙트럼도 검출했다. 태아 별이 분출하는 물질과 주변 성간물질이 상호작용을 강하게 하고 있음을 증명했다는 설명이다. 이러한 상호작용은 중적외선 카메라로 얻어진 영상에서도 잘 포착됐다. 연구팀은 내년 나머지 3개 태아별에 대한 관한 관측을 이어갈 계획이다. 

[박정연 기자 hesse@donga.com]