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우주 이야기 1417 - 작은 별 주변에는 탄소가 풍부한 행성이 많다



 (Artist's impression of a protoplanetary disk around a very low-mass star. It depicts a selection of hydrocarbon molecules (Methane, CH4; Ethane, C2H6; Ethylene, C2H2; Diacetylene, C4H2; Propyne, C3H4; Benzene, C6H6) detected in the disk around ISO-ChaI 147. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / MPIA)

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(This graphic presents some of the results from the MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS), which aims to build a bridge between the chemical inventory of disks and the properties of exoplanets. In a new study, the science team explored the region around a very low-mass star of 0.11 solar masses (known as ISO-ChaI 147). These observations provide insights into the environment as well as basic ingredients for such planets to form. The team found that the gas in the planet-forming region of the star is rich in carbon. This could potentially be because carbon is removed from the solid material from which rocky planets can form, and could explain why Earth is relatively carbon-poor. The spectrum revealed by Webb’s Mid-InfraRed Instrument (MIRI) shows the richest hydrocarbon chemistry seen to date in a protoplanetary disk, consisting of 13 carbon-bearing molecules up to benzene. This includes the first extrasolar detection of ethane (C2H6), the largest fully-saturated hydrocarbon detected outside our Solar System. Since fully-saturated hydrocarbons are expected to form from more basic molecules, detecting them here gives researchers clues about the chemical environment. The team also successfully detected ethylene (C2H4), propyne (C3H4), and the methyl radical CH3, for the first time in a protoplanetary disk. This graphic highlights the detections of ethane (C2H6), methane (CH4), propyne (C3H4), cyanoacetylene (HC3N), and the methyl radical CH3. Credit: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI))

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지금까지 발견된 지구형 암석 행성 중 대부분은 태양보다 질량이 적은 적색왜성에서 발견된 것 들입니다. 그런데 이런 행성들이 사실은 지구와 구성이 다른 행성일 수 있다는 연구 결과가 제임스 웹 우주 망원경 (JWST) 관측 결과 나왔습니다.

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막스 플랑크 천문학 연구소의 토마스 헤닝 (Thomas Henning from the Max Planck Institute for Astronomy (MPIA))이 이끄는 MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) 연구팀은 태양 질량의 0.11뱅 불과한 작은 아기별인 ISO-ChaI 147 주변의 원시 행성계 원반을 관측했습니다.

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원시행성계 원반은 갖 태어난 아기별 주변에 있는 가스와 먼지의 디스크로 여기서 미래의 행성이 태어납니다. 따라서 과학자들은 원시행성계 원반의 진화과정을 집중적으로 연구해왔습니다. 제임스 웹 우주 망원경은 가시광 파장보다 더 긴 적외선 파장에서 관측하기 때문에 대부분 가스 성운 안에 위치한 아기별과 원시 행성계 원반을 관측할 때 더 유리한 위치에 있습니다.

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관측 결과 300K (섭씨 30도 정도) 정도 온도를 지닌 ISO-ChaI 147 주변 원시행성계 원반에는 기존에 검출되었던 에세틸렌 (C2H2) 이외에 다양한 탄화수소 화합물이 발견되었으나 산소 화합물은 거의 없는 것으로 나타났습니다. 예를 들어 물의 존재는 거의 확인할 수 없었지만, 이산화탄소는 풍부했습니다. 반면 태양과 비슷한 질량을 지닌 원시별의 원시행성계 원반은 산소가 풍부한 편입니다.

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이와 같은 차이가 발생한 이유는 아직 잘 모르지만, 질량이 작은 별은 주변에 가스의 양이 많지 않다보니 목성 같은 거대 가스 행성보다 지구 같은 암석 행성이 형성되기 쉬우며, 이 행성의 성분에는 탄소가 풍부하고 산소는 적은 것으로 추정됩니다. 그렇다면 질량과 표면 온도 등 물리적 특징이 비슷해도 지구처럼 표면에 물이 풍부한 환경은 아닐 가능성이 높습니다.

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하지만 그렇다고 해서 우주에 생명체가 살고 있는 제 2의 지구가 드물다는 의미는 아닙니다. 우리 은하에도 태양과 비슷한 별이 아주 많고 그중 상당수가 지구 같은 암석 행성을 거느리고 있다는 점을 생각하면 우리가 아직 발견하지 못한 제 2의 지구는 우주에 무수히 많을 것입니다. 다만 우주에서 가장 흔한 천체인 적색왜성 주변에는 지구 같은 환경을 지닌 행성이 적다는 점을 시사하는 결과여서 앞으로 외계 생명체 탐사에 큰 영향을 줄 수 있는 연구 결과로 해석됩니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-06-jwst-large-variety-carbon-rich.html

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A. M. Arabhavi et al, Abundant hydrocarbons in the disk around a very-low-mass star, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adi8147. www.science.org/doi/10.1126/science.adi8147

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