볼티모어 우주망원경과학연구소의 사라 베티가 이끄는 천문학자 팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 사용하여 젊은 별인 베타 픽토리스(Beta Pictoris)를 둘러싼 파편 원반에서 물 얼음과 이산화탄소를 발견했습니다. 지구에서 약 64광년 떨어진 곳에 위치하고 나이가 약 2천만 년인 이 별은 넓은 먼지와 파편 원반이 존재하기 때문에 행성계 형성 단계를 연구하기 위한 이상적인 자연 실험실입니다.
망원경의 근적외선 분광기(NIRSpec)를 사용하여 수행된 분광 분석에 따르면, 원반에 존재하는 물 얼음은 결정 구조 대신 비정질(유리질) 형태를 취하고 있으며, 태양계 내 혜성에서 관측되는 것과 유사한 비율로 이산화탄소 분자와 균일하게 혼합되어 있습니다. 연구진의 추정에 따르면 이 원반을 구성하는 얼음의 약 11%가 이산화탄소이며, 이는 혜성 및 기타 신생 항성계의 비율과 일치합니다.
실질적 의미의 변화는 무엇인가?
이번 발견은 순수한 얼음과 작은 먼지를 빠르게 파괴했을 중앙별의 자외선에 지속적으로 노출되는 환경에서 얼음 물질이 어떻게 살아남을 수 있었는지에 대한 더 깊은 이해를 제공합니다. 이론적 모델에 따르면, 물 얼음 구조 내에 이산화탄소 분자가 결합하면 보호 효과가 제공되어 생존할 수 있게 됩니다. 또한 100켈빈 미만의 매우 낮은 온도가 필요한 얼음의 비정질 구조는 이 얼음이 성간 매질에서 기원했음을, 즉 베타 픽토리스의 행성들이 형성되기 전에 차갑고 밀도가 높은 구름 속에서 형성되었음을 나타냅니다.
재생의 동력으로서의 지속적인 충돌
연구원들은 원반 전체에 얼음이 균일하게 분포하는 이유가 소행성과 미행성(Planetesimals) 사이의 지속적인 충돌 때문이라고 설명했습니다. 이러한 격렬한 충돌은 물체를 부수고 내부 깊은 곳에 보호된 얼음을 드러내며 자외선에 의해 소비되는 양을 지속적으로 보충하는데, 이는 또한 원반에 일산화탄소 가스가 계속 존재하는 이유를 설명해 줍니다.
이번 결과는 물이 풍부하고 생명체 거주가 가능한 세계를 형성하는 핵심 구성 요소가 우주의 다양한 행성계에서 흔할 수 있음을 확인시켜 주며, 다양한 항성계 간의 행성 형성 기본 구성 요소의 유사성 가설을 뒷받침합니다.