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우주 이야기 1299 - 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 생성 중인 지구형 행성

 



(An artist’s concept of a planet-forming disk around a young star. Astronomers using the MIRI spectrograph on board the JWST discovered several chemical compunds in the central regions of a first set of planet-forming disks around young stars. The molecules comprise several hydro-carbon species such as benzene and carbon dioxide, as well as water and cyanide gas. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / MPIA)

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(This illustration shows the MIRI spectrum of the disk around the young star GW Lup in the range between 13.5 and 16.5 microns. By modelling the chemical content, the scientists reproduced the measured spectrum (top panel, black line). The total model (top panel, red area) is a combination of molecules (bottom panel) such as carbon dioxide (CO2, green and purple), water (H2O, blue), hydrogen cyanide (HCN, orange), hydroxyl (OH, pink), and acetylene (C2H2, yellow). See also the interactive spectrum at: https://www.mpia.de/scivis/gwlup. Credit: S. Grant et al / MPIA)

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(This illustration shows the MIRI spectrum of the disk around the young star J160532 in the range between 14.5 and 16.0 microns with the dominating acetylene emission removed. By modelling the chemical content, the scientists reproduced the measured spectrum (top panel, black line). The total model (top panel, red area) is a combination of molecules (bottom panel) such as carbon dioxide (CO2, blue), benzene (C6H6, red), acetylene (C2H2, green), and diacetylene (C4H2, orange). See also the interactive spectrum at: https://www.mpia.de/scivis/j160532. Credit: B. Tabone et al / MPIA)

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제임스 웹 우주 망원경이 지구 같은 암석형 행성이 생성 중인 원시행성계 원반의 분자들을 확인했습니다. 유럽 11개국 연구팀이 모인 MINDS (MIRI mid-Infrared Disk Survey) 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경의 중적외선 관측 장비 (Mid-Infrared Instrument (MIRI))를 이용해 세 개의 원시 행성계 원반에서 새로운 사실을 알아냈습니다.

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막스 플랑크 연구소의 시에라 그랜트 (Sierra Grant, a post-doc at the Max Planck Institute for extraterrestrial Physics (MPE))는 외계 행성 GW Lup의 주변 안쪽 디스크가 생각보다 건조하다는 사실을 확인했습니다.

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지구 같은 암석형 내행성들은 얼음이 생길 수 있는 거리보다 모항성에서 더 가까운 위치에서 생긴 것으로 보고 있습니다. 따라서 지구가 지닌 물은 상당 부분 혜성 같은 외부 요인에 의해 공급된 것으로 생각됩니다. GW Lup의 관측 결과는 이런 가설을 지지하는 것입니다.

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이번 관측에서 또다른 성과는 탄소 13 동위원소를 지닌 이산화탄소를 처음으로 확인했다는 점입니다. 연구팀은 동위원소 비율을 측정해 디스크 내부 온도를 측정했습니다. 디스크 중심의 온도는 영하 75도로 낮았으나 표면 온도는 섭씨 225도 정도로 높았습니다.

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두 번째 별인 J160532은 질량이 작은 별로 주변의 디스크에서 다양한 탄화수소 분자가 확인됐습니다. 프랑스 과학원의 베누이트 타본 (Benoît Tabone, CNRS researcher at the Institut d'Astrophysique Spatiale, Paris-Saclay University)이 이끄는 연구팀은 아세틸렌, 디아세틸렌, 벤젠의 존재를 확인했습니다.

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과학자들은 이미 태양계에 대한 연구를 통해 복잡한 유기물이 유주에서도 생성될 수 있다는 것을 확인했습니다. 하지만 이런 물질을 다른 별의 원시 행성계 원반에서 찾아낸 것은 제임스 웹 우주 망원경의 힘이 아니라면 불가능했을 것입니다.

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이 별의 디스크에는 많은 양의 탄소가 존재하며 섭씨 230도의 비교적 높은 온도를 유지하고 있었습니다.

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아그네스 코스팔 (Ágnes Kóspál (MPIA and Konkoly Observatory, Budapest, Hungary))이 이끄는 연구팀은 EX Lup 주변 디스크에서 작은 규산염 알갱이들의 결정화를 다시 발견했습니다.

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지구 같는 암석 행성을 구성하는 주 성분인 규산염 알갱이들은 어린 별에서 주기적으로 뿜어져나오는 강력한 분출에 의해 결정화되고 뭉쳐서 미행성으로 자라난다고 보고 있습니다. 이번 연구에서는 이런 결정화가 사라졌다가 다시 나타나 주기적인 분출이 연관이 있음을 보여줬습니다.

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제임스 웹 우주 망원경 덕분에 천문학자들은 이전에는 알 수 없었던 중요한 정보들을 알아내고 있습니다. 앞으로도 활약이 기대됩니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-04-jwst-reveals-chemistry-disks-young.html

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Sierra L. Grant et al, MINDS. The Detection of 13CO2 with JWST-MIRI Indicates Abundant CO2 in a Protoplanetary Disk, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acc44b

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B. Tabone et al, A rich hydrocarbon chemistry and high C to O ratio in the inner disk around a very low-mass star, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2304.05954

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Ágnes Kóspál et al, JWST/MIRI Spectroscopy of the Disk of the Young Eruptive Star EX Lup in Quiescence, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb58a

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