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2019년 12월 27일 금요일

우주 이야기 991 - 별과 갈색왜성, 그리고 떠돌이 행성의 경계를 관측할 제임스 웹 우주 망원경



(Scientists will use Webb to search the nearby stellar nursery NGC 1333 for its smallest, faintest residents. It is an ideal place to look for very dim, free-floating objects, including those with planetary masses. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. A. Gutermuth (Harvard-Smithsonian CfA))


 2021년으로 발사가 미뤄진 제임스 웹 우주 망원경에는 10조원에 달하는 막대한 비용과 더불어 많은 천문학자들의 바램이 담겨 있습니다. 엄청난 비용이 들어가긴 하지만, 현재의 허블 우주 망원경보다 더 고성능의 우주 망원경을 발사하기 위해서는 다른 대안이 없기 때문입니다. 많은 과학자들이 이 망원경이 탐사해야 할 다양한 목표를 제시하면서 이 망원경을 사용하기를 희망하고 있습니다. 


 그 가운데 세인트 앤드류스 대학의 알렉스 숄츠(Aleks Scholz of the University of St Andrews in the United Kingdom)가 이끄는 연구팀은 지구에서 1000광년 떨어진 성운인 NGC 1333을 목표로 제시했습니다. 이 가스 성운에서는 여러 개의 별이 생성되고 있는데, 일반적인 별보다 훨씬 작은 갈색 왜성 (brown dwarf)과 떠돌이 행성 역시 행성되는 것으로 보입니다. 


 제임스 웹 우주 망원경에 설치된 Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)는 이런 천체들을 관측하기에 최적의 도구입니다. 갈색왜성이나 떠돌이 행성은 온도가 낮기 때문에 가시광 영역보다 적외선 영역에서 관측이 쉽습니다. 하지만 적외선 영역의 파장의 대기의 간섭 때문에 지구 표면에서 관측하는데 어려움이 있습니다. 대기의 간섭이 없는 우주에서 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 이용할 경우 NGC 1333에 있는 목성 질량의 5배 이하 천체까지 관측이 가능할 것으로 기대됩니다. 이를 직접 관측할 수 있다면 갈색왜성과 행성의 경계를 비교적 분명하게 알 수 있습니다. 


 갈색왜성은 질량이 부족해 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없는 천체입니다. 중수소 등을 이용한 비교적 약한 핵융합 반응이 일어나는 질량은 목성 질량의 13배에서 75-80배 사이로 알려져 있습니다. 하지만 사실 질량 하한선에 대해서는 직접 관측이 어렵기 때문에 검증하기가 어려운 것이 사실입니다. 이를 관측하기 위해서는 다수의 갈색왜성과 행성을 관측할 수 있는 장소가 필요합니다. NGC 1333을 목표로 제시한 것은 그 때문입니다. 


 갈색왜성 만큼이나 흥미로운 대상은 떠돌이 행성(Rogue planet)입니다. 다른 별 주변을 공전하지 않는 떠돌이 행성은 본래 항성 주변을 공전하다가 떨어져 나갔거나 혹은 아예 성운에서 생성될 때 너무 질량이 적어 갈색왜성도 되지 못한 존재로 여겨집니다. 제임스 웹 우주 망원경을 이용하면 이들의 생성 과정과 구체적인 물리적 특징을 직접 관측할 수 있을지도 모릅니다. 


 반드시 그런 날이 오기를 기대해 봅니다. 


 참고 


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