태양계 외곽 얼음 천체 형성 비밀 밝혀지다

제임스 웹 우주 망원경 활용, 해왕성 너머 천체들의 메탄올 흔적 분석

미국 센트럴 플로리다 대학교(UCF) 연구진과 국제 공동 연구팀이 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 이용하여 해왕성 너머에 위치한 멀리 떨어진 얼음 천체, 즉 트랜스-넵투니안 천체(TNOs)의 형성에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다. 이 연구는 태양계 형성과 성장에 대한 더 깊은 이해를 제공하며, 우주 공간에서의 복잡한 화학 반응과 생명의 기원과의 연관성을 밝히는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

 

 

 

표면 메탄올 분포 따른 두 가지 뚜렷한 TNO 그룹 발견

미국 천문학회 천체물리학 저널 레터스(The Astronomical Journal Letters)에 최근 발표된 이 연구 결과는 표면 얼음에 메탄올이 존재하는 TNO들을 두 가지 뚜렷한 그룹으로 나누어 보여줍니다. 첫 번째 그룹은 표면 메탄올 양이 고갈된 반면, 표면 아래에는 상당한 양의 메탄올 저장소를 가지고 있습니다. 반면, 태양에서 가장 멀리 떨어진 두 번째 그룹은 전반적으로 메탄올 존재량이 약하게 나타났습니다. 연구진은 첫 번째 그룹의 다양한 메탄올 분포에 수십억 년에 걸친 우주 방사선 조사가 영향을 미쳤을 가능성을 제시했으며, 두 번째 그룹의 약한 메탄올 신호에 대해서는 새로운 의문을 제기했습니다.

 

 

 

태양계 초기 모습 간직한 TNO, 기원 연구에 중요한 역할

TNO는 태양과 같은 젊은 별을 둘러싸고 있던 가스와 먼지 원반인 원시 행성계 원반의 놀라울 정도로 잘 보존된 잔해이기 때문에 태양계의 기원을 이해하는 데 매우 중요합니다. 1 따라서 TNO를 분석하는 것은 과학자들에게 태양계 과거의 모습을 상세히 엿볼 수 있는 기회를 제공합니다.

 

 

 

UCF 주도 국제 공동 연구, 우주 화학 반응 및 생명 기원 연구에 기여

현재 스페인 오비에도 대학교에서 근무하는 UCF 물리학과 연구 교수 노에미 피닐라-알론소는 UCF 플로리다 우주 연구소(FSI) 부교수 아나 캐롤리나 데 소우자-펠리시아노와 함께 UCF가 주도하는 "트랜스-넵투니안 천체의 표면 구성 발견(DiSCo)" 프로그램의 일환으로 이번 연구를 공동으로 이끌었습니다. 이 연구 결과는 다양한 TNO를 더 잘 분류하고, 태양계 형성과 생명의 기원과 관련될 수 있는 우주 공간에서의 복잡한 화학 반응을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대됩니다.

 

 

 

메탄올, 태양계 초기 성분 또는 성간 우주에서 유래 가능성 제시

피닐라-알론소 교수는 이번 연구가 태양계 화학의 역사를 짜 맞추고, 메탄올과 메탄이 대기를 형성하고 잠재적으로 거주 가능한 세계의 조건을 암시하는 외계 행성에 대한 통찰력을 얻는 데 도움이 된다고 설명합니다. 그녀는 메탄올이라는 단순한 알코올이 혜성과 멀리 떨어진 TNO에서 발견된 것은 이것이 태양계 초기 또는 심지어 성간 우주에서 물려받은 원시적인 성분일 수 있음을 시사한다고 덧붙였습니다.

 

 

방사선에 의한 메탄올 변화, 얼음 천체의 진화 과정 밝히는 '화학적 타임캡슐' 역할

그러나 메탄올은 단순한 과거의 잔재 그 이상입니다. 방사선에 노출되면 새로운 화합물로 변형되어 수십억 년 동안 이 얼음 세계가 어떻게 진화했는지 보여주는 '화학적 타임캡슐' 역할을 합니다. 피닐라-알론소 교수는 메탄올 얼음이 설탕과 같은 유기 분자로 이어질 수 있는 중요한 전구체이며, TNO에서의 발견은 훨씬 더 많은 연구의 길을 열어줄 것이라고 강조합니다.

 

 

 

TNO 조성 차이, 기원과 시간 경과에 따른 변화 반영

이러한 스펙트럼 차이는 모든 TNO가 동일한 분자 성분에서 형성되지 않았음을 보여줍니다. 대신, 그들의 조성은 그들이 어디에서 어떻게 형성되었는지에 대한 기원과 시간 경과에 따른 변화를 반영합니다. 피닐라-알론소 교수는 지구 기반 관측에서 오랫동안 찾기 어려웠던 핵심 성분인 메탄올의 거동과 이러한 차이가 관련되어 있다는 사실을 깨달았을 때 가장 흥분했다고 말합니다. 연구 결과는 TNO 표면에서 방사선에 의해 메탄올이 파괴되고 있지만, 이 노출로부터 보호받는 표면 아래에는 더 풍부하게 남아 있음을 시사합니다.

 

 

 

UCF 연구진의 협력, 메탄올 거동에 대한 수학적 뒷받침 제공

피닐라-알론소 교수는 메탄올의 거동을 더 잘 설명하기 위해 실험실 데이터와 모델링을 통합한 드 소우자-펠리시아노를 포함한 UCF FSI 연구진과 긴밀히 협력했습니다. 드 소우자-펠리시아노 부교수는 과학자들이 관측한 일부 스펙트럼 특징을 재현하여 연구 결과의 시각화를 돕고, 연구 데이터에 대한 수학적 뒷받침을 제공했습니다.

 

 

 

짧은 파장과 긴 파장에서 다른 메탄올의 특징, 연구진에 큰 놀라움 선사

드 소우자-펠리시아노 부교수는 메탄올 거동에서 가장 큰 놀라움 중 하나가 나타났다고 말합니다. 실험실 데이터에 따르면 짧은 파장에서의 메탄올 특징이 긴 파장에서의 기본적인 특징과는 달랐습니다. 그녀는 이전의 JWST를 활용한 DiSCo 연구 프로젝트에서 쌍성 천체 및 기타 멀리 떨어진 TNO를 특성화하는 데 참여한 바 있습니다.

 

 

'절벽 그룹' TNO 심층 분석, 태양계 초기 모습 간직한 시간 캡슐

드 소우자-펠리시아노 부교수는 주요 DiSCo 논문에서 세 그룹의 TNO의 주요 특징을 다루었으며, 이번 논문에서는 그중 하나인 '절벽 그룹'에 대해 자세히 설명한다고 밝혔습니다. '절벽 그룹'은 약 3.3 마이크론 이후 반사율이 증가하지 않는 스펙트럼 그룹에 붙여진 별명입니다. 이 절벽 그룹 TNO는 태양계의 시간 캡슐일 뿐만 아니라, 형성 이후 대부분 제자리에 머물렀던 콜드-클래시컬 TNO를 포함하고 있다고 그녀는 덧붙였습니다.

 

 

 

콜드-클래시컬 TNO, 태양계 형성 초기 위치 그대로 유지했을 가능성 높아

드 소우자-펠리시아노 부교수는 이 그룹이 외태양계 이해의 핵심인 이유 중 하나는 모든 콜드-클래시컬 TNO를 포함하고 있기 때문이라고 설명합니다. 콜드-클래시컬 TNO는 태양계 형성 초기부터 오늘날까지 아마도 형성된 위치에 그대로 머물렀을 유일한 역동적인 그룹입니다. 이는 콜드-클래시컬 TNO가 태양계 초기의 환경과 구성을 비교적 온전히 간직하고 있어, 태양계 형성과 진화 과정을 연구하는 데 매우 중요한 정보를 제공한다는 것을 의미합니다.