거대한 별 형성 구름 '에오스' 발견: 태양계 근처에서 포착된 최초의 극자외선 발광 분자 구름

럿거스 대학교 뉴브런즈윅 캠퍼스의 천체물리학자가 이끄는 국제 연구팀이 하늘에서 가장 큰 단일 구조 중 하나이자 태양과 지구에서 가장 가까운 별 형성 가능성이 있는 구름을 발견했습니다. 오랫동안 과학자들에게 보이지 않았던 거대한 수소 구름은 주요 구성 요소인 분자 수소를 탐색하는 방식으로 밝혀졌습니다. 이번 발견은 극자외선 영역의 빛으로 방출되는 분자 구름이 처음으로 감지된 사례이며, 이 접근 방식을 활용한 추가 탐사의 길을 열었습니다.

연구팀은 이 분자 수소 구름을 그리스 신화에서 새벽의 여신으로 의인화된 '에오스(Eos)'라고 명명했습니다. 이번 발견은 네이처 천문학(Nature Astronomy) 저널에 발표된 연구 논문에 자세히 기술되어 있습니다. 연구를 이끈 럿거스 대학교 문리과대학 물리학 및 천문학과 부교수이자 뉴욕 플랫아이언 연구소 계산 천체물리학 센터의 연구 과학자인 블레이클리 버크하트(Blakesley Burkhart) 교수는 "이번 발견은 분자 우주를 연구하는 새로운 가능성을 열어줍니다."라고 말했습니다.

 

 

 

분자 구름의 새로운 관측 방법: 극자외선 발광 활용

분자 구름은 가스와 먼지로 이루어져 있으며, 가장 일반적인 분자는 별과 행성의 기본 구성 요소이자 생명에 필수적인 수소입니다. 또한 일산화탄소와 같은 다른 분자들도 포함하고 있습니다. 분자 구름은 일반적으로 일산화탄소의 화학적 신호를 쉽게 감지하는 전파 및 적외선 관측과 같은 기존 방법을 사용하여 발견됩니다.

하지만 이번 연구에서 과학자들은 다른 접근 방식을 사용했습니다. 버크하트 교수는 "이것은 분자 수소의 극자외선 방출을 직접 탐색하여 발견된 최초의 분자 구름입니다."라고 설명하며, "데이터는 극자외선에서 형광을 통해 감지된 빛나는 수소 분자를 보여주었습니다. 이 구름은 말 그대로 어둠 속에서 빛나고 있습니다."라고 덧붙였습니다.

 

 

 

'에오스' 발견의 의의와 향후 연구 전망

이번 '에오스' 분자 구름의 발견은 천문학 분야에 중요한 의미를 지닙니다. 첫째, 극자외선 영역에서의 분자 수소 직접 관측을 통해 이전에는 감지할 수 없었던 분자 구름을 발견할 수 있다는 새로운 가능성을 제시합니다. 둘째, 태양계 근처에서 비교적 가까운 거리에 위치한 거대한 분자 구름을 발견함으로써 별과 행성 형성 과정에 대한 이해를 높이는 데 기여할 수 있습니다. 셋째, '에오스'는 별 형성이 활발하게 일어날 수 있는 환경을 갖추고 있을 가능성이 있어, 앞으로 이 구름에 대한 심층적인 연구를 통해 초기 별 형성 메커니즘을 밝히는 데 중요한 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대됩니다. 연구팀은 앞으로 '에오스'를 포함한 다른 분자 구름에 대해서도 극자외선 관측을 확대하여 분자 우주의 비밀을 더욱 깊이 파헤칠 계획입니다.

 

 

 

지구와 태양계에 안전한 '에오스': 성간 물질 연구의 새로운 기회

과학자들은 '에오스'가 지구와 태양계에 어떠한 위험도 초래하지 않는다고 밝혔습니다. 오히려 태양계와 가까운 거리에 위치하고 있기 때문에, 이 가스 구름은 성간 물질 내 구조의 특성을 연구할 수 있는 특별한 기회를 제공합니다. 성간 물질은 은하 내 별들 사이의 공간을 채우고 있는 가스와 먼지로 이루어져 있으며, 새로운 별 형성을 위한 원료 역할을 합니다.

블레이클리 버크하트 교수는 "우리가 망원경을 통해 관측할 때, 별 형성이 진행 중인 전체 태양계를 포착하지만, 그 과정이 어떻게 상세하게 일어나는지는 알지 못합니다."라고 말하며, "이번 '에오스'의 발견은 분자 구름이 어떻게 형성되고 해리되는지, 그리고 은하가 성간 가스와 먼지를 별과 행성으로 변환하기 시작하는 방식을 직접 측정할 수 있게 해주기 때문에 매우 흥미롭습니다."라고 덧붙였습니다.

 

 

 

'에오스'의 특징과 소멸 예측

초승달 모양의 이 가스 구름은 지구로부터 약 300광년 떨어져 있습니다. 태양계를 포함하는 거대한 가스 공동인 국부 거품(Local Bubble)의 가장자리에 위치하고 있습니다. 과학자들은 '에오스'가 하늘에서 보이는 투영 면적이 달 40개 크기에 해당하며, 질량은 태양의 약 3,400배에 달하는 것으로 추정합니다. 연구팀은 모델링을 통해 이 구름이 약 600만 년 안에 증발할 것으로 예측했습니다.

뉴욕 대학교의 NASA 허블 펠로우이자 이번 연구의 공동 제1 저자인 타비샤 다르마와르데나(Thavisha Dharmawardena) 박사는 "극자외선 형광 방출 기술의 사용은 성간 물질에 대한 우리의 이해를 새롭게 쓰고, 은하 전체는 물론 우주 새벽의 가장 먼 감지 한계까지 숨겨진 구름들을 밝혀낼 수 있을 것입니다."라고 강조했습니다.

 

 

 

한국 위성 STSAT-1의 FIMS-SPEAR 장비로 포착

'에오스'는 한국 과학기술위성 1호(STSAT-1)에 탑재된 극자외선 분광기인 FIMS-SPEAR(Fluorescent Imaging Spectrograph) 장비가 수집한 데이터를 통해 연구팀에게 포착되었습니다. 극자외선 분광기는 물질에서 방출되는 극자외선 빛을 구성 파장으로 분해하여 과학자들이 분석할 수 있는 스펙트럼을 생성합니다. 이는 프리즘이 가시광선을 분산시키는 것과 유사한 원리입니다. FIMS-SPEAR 장비의 혁신적인 관측 덕분에 과학자들은 이전에는 볼 수 없었던 우주의 새로운 측면을 탐구할 수 있게 되었습니다.

 

 

2023년 공개된 데이터에서 포착된 '에오스': 숨겨진 분자 구름의 발견

블레이클리 버크하트 교수는 2023년에 공개된 데이터를 우연히 발견했습니다. 그녀는 "마치 탐험되기를 기다리고 있었던 것과 같았습니다."라고 회상했습니다. 이번 발견은 우주에 대한 이해를 증진시키는 데 있어 혁신적인 관측 기술의 중요성을 강조한다고 버크하트 교수는 설명했습니다. 그녀는 '에오스'가 분자 수소 가스로 주로 이루어져 있지만, 대부분 "CO-암흑" 상태라고 언급했습니다. 이는 '에오스'에 일산화탄소 물질이 많지 않아 기존의 방법으로는 특징적인 신호가 감지되지 않았다는 의미입니다. 연구자들은 이것이 바로 '에오스'가 오랫동안 발견되지 않았던 이유라고 설명했습니다.

버크하트 교수는 "우주의 이야기는 수십억 년에 걸친 원자들의 재배열에 대한 이야기입니다."라며, "'에오스' 구름에 현재 존재하는 수소는 빅뱅 당시에 존재했으며, 결국 우리 은하로 떨어져 태양 근처에서 합쳐진 것입니다. 이 수소 원자들에게는 136억 년이라는 긴 여정이었습니다."라고 덧붙였습니다.

 

 

 

예상치 못한 발견과 새로운 관측 기술의 가능성

이번 발견은 다소 예상치 못한 것이었습니다. 뉴욕 대학교의 다르마와르데나 박사는 "대학원 시절에 우리는 분자 수소를 직접 관측하는 것이 쉽지 않다고 배웠습니다."라며, "우리가 볼 수 있을 것이라고 생각하지 못했던 데이터에서 이 구름을 볼 수 있다는 것은 놀라운 일입니다."라고 말했습니다.

 

 

 

'에오스' 이름의 의미와 미래 탐사 계획

'에오스'라는 이름은 버크하트 교수와 연구팀의 다른 구성원들이 지지하는 NASA 우주 임무의 이름에서 따왔습니다. 이 임무는 분자 구름의 진화를 연구하여 별의 기원을 조사하고, 분자 수소 감지 접근 방식을 은하의 더 넓은 영역으로 확장하는 것을 목표로 합니다.

연구팀은 가까운 곳과 먼 곳에 있는 분자 수소 구름에 대한 데이터를 면밀히 조사하고 있습니다. 버크하트 교수 등이 arXiv에 발표한 사전 공개 논문에서는 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하여 현재까지 가장 먼 분자 가스를 잠정적으로 발견했다고 보고했습니다. 이러한 연구들은 우주의 초기 단계를 이해하고 별과 은하 형성 과정을 밝히는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.

 

 

 

제임스 웹 우주 망원경을 통한 가장 먼 수소 분자 탐색과 국제 협력

버크하트 교수는 "제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 태양에서 가장 멀리 떨어진 수소 분자를 발견했을 가능성이 있습니다."라고 언급하며, "극자외선 방출을 이용하여 가장 가까운 분자 구름과 가장 먼 분자 가스를 모두 발견한 것입니다."라고 덧붙였습니다. 이는 서로 다른 관측 기술과 도구를 활용하여 우주의 다양한 거리에 걸쳐 있는 수소 분자를 탐색할 수 있음을 시사합니다.

 

 

국제 연구팀의 협력과 참여 기관

이번 '에오스' 발견과 관련된 연구에는 다양한 국가의 여러 연구 기관 소속 과학자들이 참여하여 국제적인 협력을 이루었습니다. 참여 기관은 다음과 같습니다. 이스라엘 하이파의 테크니온-이스라엘 공과대학교, 영국 런던의 퀸 메리 대학교 런던과 유니버시티 칼리지 런던, 미국 아이오와 시티의 아이오와 대학교, 대한민국 대전의 한국천문연구원, 과학기술연합대학원대학교, 한국과학기술원, 독일 하이델베르크의 막스 플랑크 천문학 연구소, 미국 텍사스주 오스틴의 텍사스 대학교 오스틴, 미국 애리조나주 투손의 애리조나 대학교, 미국 캘리포니아주 버클리의 캘리포니아 대학교 버클리, 프랑스 기프쉬르이베트의 파리 시테 대학교, 미국 메릴랜드주 볼티모어의 우주망원경과학연구소와 존스 홉킨스 대학교, 캐나다 브리티시 컬럼비아주 밴쿠버의 브리티시 컬럼비아 대학교, 미국 뉴욕의 컬럼비아 대학교, 그리고 미국 매사추세츠주 케임브리지의 하버드-스미소니언 천체물리센터입니다. 이처럼 폭넓은 국제 협력을 통해 우주에 대한 심도 깊은 연구가 진행되고 있습니다.