(For the first time, researchers confirmed the presence of crystalline water ice in a dusty debris disk that orbits a sun-like star, using NASA’s James Webb Space Telescope. All the frozen water detected by Webb is paired with fine dust particles throughout the disk. The majority of the water ice observed is found where it’s coldest and farthest from the star. The closer to the star the researchers looked, the less water ice they found. Credit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI))
(Disk reflectance spectra at different stellocentric distances. Credit: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08920-4)
물은 우주에 매우 흔한 분자입니다. 우주에서 가장 흔한 수소 원자 두 개와 비교적 흔한 산소로 되어 있는 간단한 분자이다보니 당연한 이야기입니다. 하지만 그렇다고 해서 외계 행성계에서 쉽게 포착이 가능한 것은 아닙니다. 과학자들은 최신 망원경을 통해 몇몇 외계 행성에서 물의 존재를 확인했지만, 일반적으로 물이 존재할 것으로 여겨지는 환경에서 포착하는데는 실패했습니다. 예를 들어 태양계에서 물의 얼음이 흔한 카이퍼 벨트 등에 해당되는 장소에서 얼음의 존재를 포착하지 못했습니다.
존스 홉킨스 대학의 첸 시 교수 (Chen Xie, assistant research scientist at Johns Hopkins University)가 이끄는 과학자팀은 지구에서 155광년 떨어진 젊은 별인 HD 181327을 관측했습니다. 이 별의 나이는 2300만년 정도로 태양계와 비교해서 0.5% 정도에 불과합니다. 그런 만큼 아직 주변에 거대한 먼지 디스크를 지니고 있는데, 제임스 웹 우주 망원경은 여기에서 물의 얼음 입자를 확인하는데 성공했습니다.
태양계의 소행성대나 카이퍼 벨트에 해당하는 디스크에 얼음 입자가 있을 것이라는 점은 쉽게 예측할 수 있는 일이지만, 실제 관측을 통해 입증했다는 것은 적지 않은 의의가 있습니다. 더구나 이번 관측에서는 태양계와 마찬가지로 초기 행성계에서 별에 가까운 장소에서는 얼음이 적고 멀리 떨어진 위치에 얼음이 많다는 사실 역시 확인했습니다.
HD 181327 주변 디스크에서 카이퍼 벨트에 해당하는 위치에서는 얼음 입자가 전체 입자의 20%에 해당되는 것으로 나타났습니다. 반면 디스크 중간에는 8%에 불과했습니다. 이는 현재 태양계에서 볼 수 있듯이 태양에 가까운 위치일수록 사실 더 건조하다는 것을 의미합니다. 그리고 태양계와 마찬가지로 먼 위치에서 얼음 위성과 소행성, 혜성 등이 형성된다는 점도 시사합니다. 과학자들은 현재 지구의 물 가운데 상당량이 혜성에서 유래된 것으로 보고 있는데, 이를 지지하는 결과로도 볼 수 있습니다.
이번 발견은 최초로 외계 행성계의 디스크에서 얼음을 발견한 것이지만, 당연히 마지막은 아닐 것입니다. 이렇게 카이퍼 벨트에 해당되는 얼음 천체와 입자를 가진 행성계는 매우 흔할 것입니다. 태양계가 우리에게는 특별해도 사실 우주에서 특별히 희귀한 행성계가 아니라 흔한 행성계입니다. 그런 만큼 우주에는 태양계와 비슷한 행성계가 무수히 많이 존재할 것이고 그 행성계 어딘가에는 지구와 똑같은 환경을 지닌 외계 행성도 존재할 것으로 생각합니다.
참고
https://phys.org/news/2025-05-webb-frozen-young-star.html
Chen Xie et al, Water ice in the debris disk around HD 181327, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08920-4
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