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우주 이야기 1388 - 매달 지구의 바다 만큼의 물이 사라졌다 다시 생기는 원시 행성계 원반

 


(The inner region of the Orion Nebula as seen by the James Webb Space Telescope’s NIRCam instrument. The image was obtained with the James Webb Space Telescope NIRCam instrument on Sept. 11, 2022. Several images in different filters were combined to create this composite image: F140M and F210M (blue); F277W, F300M, F323N, F335M, and F332W (green); F405N (orange); and F444W, F480M, and F470N (red). Credit: NASA, ESA, CSA, PDRs4All ERS Team; Salomé Fuenmayor image)

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(JWST NIRCam composite image of the Orion bar in the Orion molecular cloud. Credit: Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02203-0)

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과학자들이 별이 새롭게 태어나는 오리온 성운에서 매달 지구의 바다만큼의 물이 파괴되었다가 다시 생성되는 과정을 포착했습니다. 웨스턴 온타리오 대학의 엘스 피터스와 잔 카미 (Els Peeters and Jan Cami), 그리고 파리-사클레이 대학의 마리온 자네즈 (University Paris-Saclay Ph.D. student Marion Zannese)가 이끄는 국제 과학자팀은 제임스 웹 우주 망원경으로 오리온 성운의 안쪽을 들여다보고 이런 사실을 알아냈습니다.

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이 연구는 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 연구 프로젝트 중 하나인 PDRs4All 초기 배포 과학 프로그램 (Early Release Science program)의 일부로 진행된 것으로 새로운 별과 행성이 태어나는 오리온 성운 내부를 제임스 웹 우주 망원경으로 들여다본 데이터를 분석한 것입니다.

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지구에 있는 물은 대부분 영하 250도의 차가운 환경에서 산소와 수소 원자가 결합해 생성된 것으로 보고 있습니다. 하지만 이 물 분자가 원시별 주변의 원시 행성계 원반 안쪽으로 끌려오면 섭씨 100-500도 사이 온도에서 강한 자외선을 받아 다시 분해되는 과정을 반복하는 것으로 생각됩니다.

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연구팀은 오리온 성운 안에 있는 원시 행성계 원반인 d203-506에서 실제로 이런 일이 일어나고 있다는 증거를 확인했습니다. 자외선을 받아 물 분자가 갈라지면 하이드록실기 (-OH)가 생성되면서 광자가 방출되는데, 이 신호를 제임스 웹 우주 망원경이 퍼착한 것입니다.

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물론 지구의 바다만큼의 물이라도 오리온 성운 전체에 비하면 바닷가의 모래 한 알에 불과한 양이기 때문에 지구에서 감지하기에는 너무 미약한 신호입니다. 연구팀은 이를 확인하는 과정을 바늘 더미에서 바늘 찾기에 비유했습니다. 하지만 매우 작은 신호라도 이는 움직일 수 없는 증거입니다.

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아마 오래 전 지구의 물 역시 이런 과정을 거쳐 형성된 것일지도 모릅니다. 과학자들은 그때로 다시 되돌아갈 순 없지만, 비슷한 단계에 있는 별과 원시 행성계 원반을 관측해 그 과정을 알아낼 수 있습니다. 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능 덕분에 과학자들은 지구와 태양계 탄생의 비밀을 좀 더 파고들 수 있게 됐습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-02-destruction-oceans-worth-month-orion.html

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Marion Zannese et al, OH as a probe of the warm-water cycle in planet-forming disks, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02203-0

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