제임스웹, 원시행성계 원반에서 수증기 발견…"지구에 물 형성 단서"

미 항공우주국(NASA)

별 'PDS 70'과 주위를 둘러싸고 있는 원시행성계 원반의 상상도. 미 항공우주국(NASA) 제공

제임스웹 우주망원경(JWST)이 중적외선장비(MIRI)를 사용해 지구에서 370광년(1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억 km) 떨어진 원시행성계 원반에서 수증기를 발견했다. 2개 이상의 행성을 형성하는 원시행성계 원반에서 수증기를 발견한 것은 이번이 처음이다.

미 항공우주국(NASA) 연구팀은 이같은 연구 결과를 24일 국제학술지 '네이처'에 발표했다. 연구팀은 "지구와 유사한 행성이 형성되는 환경을 조사한 이번 연구는 지구에 물이 어떻게 형성됐는지 찾는 단서가 될 수 있다"고 설명했다.

원시행성계 원반은 새로 탄생한 별 주위를 둘러싸고 있는 가스와 먼지다. 이번에 수증기가 관측된 원시행성계 원반은 지구에서 370광년 떨어진 곳에 위치한 별 ‘PDS 70’에서 발견됐다.

이 별은  80억km의 간격으로 분리된 내부 원반과 가스·먼지로 구성된 외부 원반을 갖고 있었다. 두 원반 사이에는 두 개의 거대한 가스 행성이 존재했다. PDS 70의 원시행성계 원반은 지구와 같은 암석형 행성이 생성되고 있을 가능성이 높은 지역으로 분석됐다.

우리 태양보다 차가운 'K형 항성'인 PDS 70의 나이는 540만 년으로 추정된다. 기존 원반을 가진 것으로 확인된 별들보다 비교적 오래된 만큼 수증기의 발견이 이례적이라는 평가다.

여러 개의 행성을 가진 원시행성계 원반에서 수증기를 관측한 것도 이번 연구의 주요 성과다. 줄리아 페로티 독일 막스플랑크천문학연구소 연구원은 "기존 다른 원시행성계 원반에서 수증기가 발견된 적은 있지만 여러 개의 행성이 모여 있는 원반에서 수증기를 관측한 것은 JWST가 처음"이라고 말했다.

연구팀은 PDS 70의 원반에서 수증기가 생성되는 두가지 가능성 있는 시나리오를 제시했다. 첫 번째 가능성은 물 분자가 수소와 산소 원자와 결합하면서 형성됐다는 것이다. 두 번째 가능성은 얼음으로 코팅된 먼지 입자가 차가운 바깥쪽 원반에서 뜨거운 안쪽 원반으로 운반된 뒤 그곳에서 얼음이 증기로 변했다는 것이다.

수증기가 물의 자외선에 분해되지 않을 수 있었던 이유를 찾는 것도 과제다. 연구팀은 먼지 등 다른 주변 물질이 보호막 역할을 해 물이 자외선에 분해되지 않을 수 있었다고 추측했다. 연구팀은 근적외선 카메라(NIRCam)와 근적외선 분광기(NIRSpec)를 사용해 PDS 70에 대한 후속 연구를 이어갈 계획이다. 

[박정연 기자 hesse@donga.com]