지구는 표면의 상당 부분이 물로 덮혀 있고 나머지 육지 부분도 일부 건조 지대를 제외하면 물을 구하기 쉬운 물의 행성입니다. 물 자체는 사실 지구 뿐 아니라 우주에도 흔한데 우주에서 가장 흔한 원자인 수소 원자 두개와 비교적 흔한 원소인 산소 원자 한개가 물 분자를 이루게 되므로 어찌보면 당연한 일이라고 하겠습니다. 비록 우주 전체로 보면 원자의 대부분은 수소와 헬륨이고 리튬보다 더 무거운 원소의 비율은 그렇게 많지는 않지만 그럼에도 물은 우주에서도 드물지 않은 분자입니다.
최근 유럽 우주국 ( ESA) 의 허셜 우주 망원경은 태양 같은 별이 죽은 후 남긴 잔해인 행성상 성운 (planetary nebula) 를 관측해 여기서 물의 존재를 증명했습니다. 물의 존재가 바로 생명의 존재를 의미하는 것은 아니지만 생명의 가장 중요한 요소가 된다는 점에서 우주에 존재하는 물의 분포 역시 중요한 학술적 가치가 있다고 하겠습니다.
(나선 성운 (Helix Nebula) 의 허셜 망원경 이미지. Herschel image of the Helix Nebula using the SPIRE instrument at wavelengths around 250 micrometres, superimposed on Hubble image of the nebula. The spectrum corresponds to the outer region of the Helix Nebula outlined on the SPIRE image. It identifies the OH+ molecular ion, which is needed for the formation of water. ESA’s Herschel space observatory is the first to detect this molecule in planetary nebulas – the product of dying Sun-like stars. Credit : Hubble image: NASA/ESA/C.R. O’Dell (Vanderbilt University), M. Meixner & P. McCullough (STScI); Herschel image: ESA/Herschel/SPIRE/MESS Consortium/M. Etxaluze et al. )
위에서 보이는 허셜 이미지는 나사의 허블 우주 망원경의 이미지와 합쳐진 것으로 물의 존재를 확인하기 위해 OH+ 이온의 분포를 조사한 것입니다. 태양과 비슷하거나 그보다 약간 더 질량이 큰 별들은 마지막에 별을 이루고 있는 가스의 대부분이 우주 공간으로 흩어지면서 행성상 성운을 만들고 나머지 중심부의 산소, 탄소 등이 뭉쳐 백색 왜성을 탄생시킵니다. 그런데 과정에서 백색왜성에서는 강력한 자외선 영역대의 에너지가 방출되며 이는 새로운 분자의 합성을 방해합니다. 따라서 사실 물의 합성 역시 간단하지 않은 일이죠.
허셜 우주 망원경을 이용한 두 독립적인 연구에서 연구자들은 OH+ 이온 처럼 물 분자의 전단계에 해당하는 이온들을 대량으로 발견했습니다. 고리 성운과 나선 성운에서 발견된 이 이온들의 존재는 행성상 성운에서 시간이 지남에 따라 다량의 물이 형성될 수 있다는 것을 시사하며 이는 태양계 같은 새로운 행성계가 성성될 때 지구 뿐 아니라 다양한 얼음 위성과 천체들 - 예를 들어 목성의 4 대 위성 같은 - 을 만들 수 있습니다. 사실 지구와 태양계의 다른 천체에 있는 물들도 저렇게 해서 생성된 것일 수도 있죠.
(고리 성운에서 발견된 OH+ 이온 The Ring Nebula at optical wavelengths as seen by the Hubble Space Telescope, with Herschel data acquired with SPIRE and PACS over a wavelength range of 51–672 micrometres for the region identified. The spectra have been cropped and the scales stretched in order to show the OH+ emission, a molecular ion important for the formation of water. ESA’s Herschel space observatory is the first to detect this molecule in planetary nebulas – the product of dying Sun-like stars. Credit : Hubble image: NASA/ESA/C. Robert O’Dell (Vanderbilt University) Herschel data: ESA/Herschel/PACS & SPIRE/ HerPlaNS survey/I. Aleman et al.)
언젠가 저렇게 있었던 분자들이 지금의 태양계가 되었다고 생각하면 나름 신기하기 짝이 없는 느낌이네요. 결국 우리 인간도 언젠가 저런 별안에서 합성된 원자들로 (수소는 제외) 생성된 것이겠죠.
참고
Journal References:
- I. Aleman, T. Ueta, D. Ladjal, K. M. Exter, J. H. Kastner, R. Montez, A. G. G. M. Tielens, Y.-H. Chu, H. Izumiura, I. McDonald, R. Sahai, N. Siódmiak, R. Szczerba, P. A. M. van Hoof, E. Villaver, W. Vlemmings, M. Wittkowski, A. A. Zijlstra.Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS). Astronomy & Astrophysics, 2014; 566: A79 DOI: 10.1051/0004-6361/201322940
- M. Etxaluze, J. Cernicharo, J. R. Goicoechea, P. A. M. van Hoof, B. M. Swinyard, M. J. Barlow, G. C. van de Steene, M. A. T. Groenewegen, F. Kerschbaum, T. L. Lim, F. Lique, M. Matsuura, C. Pearson, E. T. Polehampton, P. Royer, T. Ueta.Herschel spectral mapping of the Helix nebula (NGC 7293). Astronomy & Astrophysics, 2014; 566: A78 DOI: 10.1051/0004-6361/201322941
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