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우주 이야기 1596 - 유기물이 풍부한 은하를 포착한 제임스 웹 우주 망원경.



 (James Webb Space Telescope Near-infrared Camera (JWST NIRCam) false color image of IRAS07251-0248, made by combining exposures with the 2 mm (Blue), 2.77 mm (Green) and 3.56 mm (Red) wide filters on NIRCam. Data are part of the observations carried out under JWST GO Program ID 3368 (P.I. L. Armus). Credit: Mikulski Archive for Space Telescopes, Space Telescope Science Institute, Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., NASA.)

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(Galactic nucleus and hydrocarbon chemistry in IRAS 07251–0248. Left: Schematic of the nucleus, showing a very hot central component (dark red), a warm layer with gas-phase molecules (orange-yellow), and a cold envelope with solid-phase molecules (blue-gray). Right: Conceptual illustration of how cosmic rays process carbonaceous grains and PAHs, generating the observed hydrocarbon-rich chemistry. Credit: García Bernete et al. Nature Astronomy, 2026.)

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제임스 웹 우주 망원경이 예상외로 풍부한 유기물을 지닌 은하를 포착했습니다. 사실 단순한 유기물 자체는 우리 은하 이곳 저곳에서 발견된 적이 있으며 우리 태양계 안에서도 운석 샘플에서 상당히 복잡한 유기물의 존재를 확인하기도 했습니다. 하지만 멀리 떨어진 다른 은하에서 유기물의 존재를 입증한다는 것은 쉽지 않은 일입니다.

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옥스퍼드 대학과 우주생물학 센터 (Center for Astrobiology (CAB)), CSIC-INTA의 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 통해 이런 드문 기회를 포착했습니다. 연구팀은 많은 양의 먼지와 가스를 지닌 IRAS 07251–0248 은하를 관측했습니다. 일반적으로 이런 은하는 중심 블랙홀에서 나오는 에너지를 가스와 먼지가 가로막아 중심부의 구조를 제대로 관측하기 어렵습니다.

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하지만 제임스 웹 우주 망원경의 3~28 마이크론 파장 범위에 걸친 분광 관측 자료와, NIRSpec 및 MIRI 장비의 데이터를 결합하면 이 먼지와 가스를 뚫고 나온 파장을 분석해 기체 상태 분자의 화학적 특징뿐만 아니라 얼음과 먼지 입자의 특징도 감지할 수 있습니다.

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관측 결과는 예상 밖이었습니다. 비교적 단순한 분자를 예상했지만, 연구팀은 이 은하 중심에서 벤젠(C₆H₆), 메탄(CH₄), 아세틸렌(C₂H₂), 디아세틸렌(C₄H₂), 트리아세틸렌(C₆H₂)을 비롯한 매우 풍부한 유기 분자들이 발견했습니다. 그리고 우리 은 밖에서는 처음으로 메틸 라디칼(CH₃)도 검출되었습니다. 기체 분자 외에도 탄소질 입자와 얼음과 같은 고체 분자 물질도 다량으로 발견되었습니다.

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이렇게 먼 거리에서 많은 유기 분자가 검출되었다는 것은 더 복잡한 유기 분자도 존재할 가능성을 시사합니다. 하지만 차디찬 우주 공간에서 어떻게 이렇게 복잡한 분자들이 생성될 수 있는지는 미스터리입니다. 연구팀은 몇 가지 가능한 시나리오를 검토한 끝에 매우 강한 고에너지 입자와 방사선인 우주선 (cosmic ray)에 의한 화학 반응이라는 결론을 내렸습니다.

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옥스퍼드 연구팀이 개발한 기술과 다환 방향족 탄화수소(PAH) 이론 모델을 활용한 분석 결과, 관찰된 화학 반응은 고온이나 난류 기체 운동만으로는 설명할 수 없었습니다. 반면 강력한 우주선과 탄소 및 다른 원자의 반응이 더 현실성 있는 모델로 나타났습니다. 우주선이 단순히 위험한 고에너지 방사선이 아니라 어쩌면 생명 탄생에도 기여했을지 모른다는 점을 시사하는 결과입니다.

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제임스 웹 우주 망원경은 전례 없던 높은 성능으로 이렇게 과거에는 볼 수 없었던 우주의 비밀을 파헤치고 있습니다. 앞으로도 그 활약은 계속될 것입니다.

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참고

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JWST detection of abundant hydrocarbons in a buried nucleus with signs of grain and PAH processing, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-025-02750-0. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2602.04967

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https://phys.org/news/2026-02-jwst-uncovers-rich-chemistry-nearby.html

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