우주 이야기 1323 - 초신성이 남긴 막대한 먼지를 확인한 제임스 웹 우주 망원경

 

(Credit: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad1681)

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지구 같은 암석형 행성을 이루는 무서운 원소는 사실 초신성 폭발 당시 우주에 뿌려진 것입니다. 산소와 탄소보다 더 무거운 원소는 무거운 별의 핵융합 반응에 의해 생성되는데, 별이 폭발하는 수준의 이벤트 없이는 이들이 별의 중심부에서 나올 수 없습니다. 그리고 철보다 더 무거운 원소는 전적으로 초신성 폭발의 순간에 합성됩니다.

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과학자들은 초신성이 우주에 무거운 원소를 뿌리는 과정을 연구해 왔습니다. 하지만 초신성 잔해에서 무거운 원소를 확인하는 일은 쉽지 않습니다. 초신성 폭발이 그렇게 자주 생기는 이벤트가 아니고 초신성 잔해 역시 그렇게 오랬동안 행태를 유지하지 않습니다.

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최근 나사의 제임스 웹 우주 망원경은 지구에서 2200만 광년 떨어진 불꽃놀이 은하 (Fireworks Galaxy, NGC 6946)의 초신성 잔해에서 막대한 양의 우주 먼지들을 찾아냈습니다. 불꽃놀이 은하는 지난 세기에 수십 개의 초신성 폭발이 발생해 이런 명칭이 붙었습니다. 거리가 좀 멀어서 그렇지 초신성 잔해를 관측하기에는 좋은 대상입니다.

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존스 홉킨스 대학의 멜리사 샤반데흐 (Melissa Shahbandeh of Johns Hopkins University)와 동료 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경의 중적외선 관측 장치 (MIRI)를 통해 불꽃놀이 은하에 있는 초신성 잔해 SN2004et와 SN 2017eaw를 관측했습니다. 초신성에서 나온 입자들이 식어 유주 먼지가 되면 이 파장에서 관측하기가 쉽기 때문입니다.

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관측 결과 과학자들은 예상대로 막대한 양의 우주 먼지를 확인할 수 있었습니다. SN 2004et에서 관측한 먼지의 양은 지구 5000개를 만들 수 있을 정도였습니다. 이 가운데 일부만 행성이 되도 지구형 행성이 여럿 나올 수 있는 셈입니다.

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우리는 특별히 이 사실을 인식하지 않고 살아가지만, 사실 우리 인간을 이루는 원소 중 수소를 빼면 모두 별의 핵융합 반응 결과물로 이뤄져 있으며 초신성 폭발을 통해 우주 공간에 나왔습니다. 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경 같은 최신 관측 장비를 통해 그 과정을 연구하고 있습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-07-webb-reservoirs-supernovae.html

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Melissa Shahbandeh et al, JWST Observations of Dust Reservoirs in Type IIP Supernovae 2004et and 2017eaw, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad1681. On arXiv: arxiv.org/abs/2301.10778