제임스웹, 우주의 가장 춥고 어두운 영역에서 얼음 발견

영하 263도 성간운에서 ‘가장 추운 온도의 얼음’ 확인

푸른색을 띤 성간운에서 적외선을 받아 주황빛을 내고 있는 원시성 Ced 110 IRS 4. 주변에 주황색 점으로 보이는 별들은 성간운 속의 얼음을 감지하는 곳이다. 미국우주항공국(NASA) 제공

제임스웹 우주망원경(JWST)이 지구에서 630광년 떨어진 성간운에서 얼음을 확인했다. 우주의 가장 춥고 어두운 영역 중 하나에서 발견된 이 얼음은 우주에서 발견된 것 중 가장 낮은 온도에서 존재하는 것으로 분석됐다.

멜리사 맥클루어 네덜란드 라이덴대 교수 등이 참여한 국제연구팀이 국제학술지 ‘네이처 천문학’에 23일(현지시간)에 이같은 연구 결과를 발표했다.

성간운은 천체와 천체 사이에 존재하는 가스, 플라즈마, 먼지 등과 같은 성간물질이 모여 형성된다. 성간물질의 분포 밀도가 높아 마치 구름과 같은 형태를 가져 성간운이라 불린다. 성간운이 중력의 영향을 받아 수축하면 별이 탄생한다.

성간운에 존재하는 얼음 분자는 별의 탄생과정을 밝히는 데 중요한 연구 대상이다. 천체가 만들어지기 위해선 얼음에서 필수적인 요소를 얻어야 하기 때문이다.

연구팀은 제임스웹 망원경을 사용해 남극 카멜레온 별자리 부근에 위치한 성간운에서 얼음을 확인했다. 성간운 내 영역 중에서도 가장 춥고 어두운 ‘다크사이드’에서 관측됐다. 연구팀에 따르면 이 얼음은 영하 263도의 환경에서 존재한다. 지금까지 우주에서 발견된 모든 얼음 중 가장 추운 환경이다. 성간운의 중심부에서 얼음이 발견된 것도 이번이 처음이다.

분석 결과 이 얼음은 그동안 발견된 얼음과는 차이점이 있었다. 별의 생성을 위해 필요한 원소 탄소, 수소, 산소, 질소, 황의 총합을 일컫는 ‘CHONS’의 총량이 일반적인 얼음보다 적었다. 특히 별의 가장 주된 구성 물질인 황이 예상치의 1% 정도만 함유됐다. 연구팀은 “CHONS가 돌먼지 입자에 갇혀 있다는 것을 의미할 수 있다”며 “이는 지구와 비슷한 행성의 구성이 더 더양할 수 있다는 가능성을 제기한다”고 설명했다.

제임스웹 망원경은 고성능의 근적외선 카메라(NIRICam)과 중적외선 장비(MIRI)를 통해 이번 관측에 성공했다. 성간운 속 분자를 확인하기 위해선 분자에서 반사된 빛을 정밀하게 검출하고 분해할 수 있는 고감도 관측기능이 요구된다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]