‘원시 항성계에서 메탄올 첫 발견’, 그 의미

00galaxy.jpg

이정환의 ‘우주★천문 뉴스 파일’

관측과 분석 기술이 발전하면서 우리의 근원적 호기심을 자극하는 우주와 천문학의 새로운 연구 소식들이 잇따릅니다. 천문학을 공부하는 대학원생 이정환 님이 우주·천문 분야의 흥미로운 최근 소식을 간추려 독자들께 전해줍니다.


   생명 기원의 수수께끼를 풀 열쇠가 될 수 있을까


00Proto1.jpg » 원시 항성계의 상상도. 이제 막 만들어진 어린 항성을 중심으로 물질들이 원반 구조를 이루면서 공전하고 있다. 출처/ University of Copenhagen, Lars A. Buchhave



거에 비해 과학이 눈부시게 발전한 지금이지만 생명의 기원은 여전히 풀리지 않은 미스터리입니다. 빅뱅, 즉 우주대폭발 이후 생겨난 여러 물질이 어떤 과정을 거쳐서 생명체를 구성하는 물질이 될 수 있었는지는 아직 아무도 알지 못합니다. 천문학자들은 이 문제에 대한 해답을 여러 방법으로 찾고 있습니다. 그 중의 하나는 바로 원시 항성계 관측입니다.


항성계는 항성과 그 주변의 공전 물질이 이루는 커다란 물질계입니다(태양계도 마찬가지로 태양과 그 둘레를 공전하는 행성, 소행성, 미행성 등으로 이루어져 있으므로 항성계의 한 부류로 볼 수 있습니다). 원시 항성계는, 성간물질(항성과 항성 사이 물질)이 중력 수축 과정을 거쳐서 항성이 처음 만들어졌을 당시의 항성계를 뜻합니다. 항성 주변 물질은 새로 태어난 항성의 중력에 이끌리기 시작하면 항성 둘레를 공전하면서 커다란 원반 구조를 형성합니다. 따라서 모든 원시 항성계는 이런 원시 원반 구조(Protoplanetary disk)를 갖습니다.



행성 태어나기 이전의 상태를 간직한 원시항성계

00dot.jpg

원시 항성계 원반의 물질은 아직 행성, 소행성 등과 같은 큰 덩어리가 아니라 먼지나 미세한 암석에 가까운 상태입니다. 따라서 원시 항성계를 관측하면 행성이 태어나기 이전의 상태를 엿볼 수 있습니다.


런데 많은 수의 원시 항성계 원반들을 관측할 수 있다면?


우리는 그 관측 결과를 단서로 삼아 역추적함으로써, 우리 태양계의 초기 상태를 추측해 볼 수 있습니다. 더 나아가면 지구의 탄생과 지구에 살고 있는 생명체의 기원에 대한 단서를 얻어낼 수도 있을 겁니다. 하지만 온도가 낮은 원시 항성계 원반은 가시광선 영역보다 파장이 긴 적외선이나 전파 영역에서나 관측해야 하기에, 2010년대 이전까지는 직접 관측하기가 쉽지 않았습니다.


00Proto_ALMA.jpg » 칠레 북쪽의 아타카마 사막에 있는 알마(ALMA), 즉 아타카마 대형 밀리미터파 집합체의 모습. 출처/ ALMA(ESO / NAOJ / NRAO

 

2011년에 가동을 시작한 ‘아타카마 대형 밀리미터파 집합체(ALMA: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 이하 ‘알마’)’의 등장은 전파 영역의 원시 항성계 관측에서는 커다란 진보였습니다. 칠레의 아타카마 사막에 있는 ‘알마(ALMA)는 지름이 12m인 전파 안테나를 무려 66개나 갖추고 있어 매우 선명한 원시 항성계 관측 자료를 제공할 수 있었습니다. 천문학자들은 알마 관측을 통해  많은 원시 항성계를 직접 관측할 수 있었을 뿐 아니라 가까운 원시 항성계의 경우에는 그 원반 구조의 화학 조성까지도 알아낼 수 있었습니다.



태양계 바깥 원시항성계에서 처음으로 유기 화합물을 관측

00dot.jpg

최근의 알마 관측 결과는 우리가 지구와 생명의 기원을 푸는 데 한 발짝 더 다가설 수 있게 했습니다.


00Proto_ALMA2.jpg » 알마가 관측한 원시 항성계 TW Hydrae의 모습. 바다뱀자리(Hydrae) 방향으로 약 175광년 정도 떨어져 있다. 출처/ ALMA 네덜란드 레이덴 천문대(Leiden Observatory)의 캐서린 월시(Catherine Walsh) 연구팀은 알마를 이용해 바다뱀자리 방향으로 약 175광년 떨어져 있는 원시 항성계 원반(TW Hydrae)에서 차가운 기체 상태의 메탄올(CH3OH) 분자를 관측해내는 데 성공하였습니다.


는 태양계 밖의 원시 항성계에서 처음으로 유기 화합물 분자를 검출해 낸 사례입니다.


메탄올 분자가 뭐길래 이렇게 주목을 받을까요? 메탄올 분자는 탄소 원자를 지닌 유기화합물이라는 점에서 생명체의 구성 성분과 깊은 연관이 있습니다. 물론 지구의 생명체 자체가 메탄올 분자로 이루어진 것은 아니지만, 메탄올 분자는 그보다 더 크고 복잡한 유기물들을 합성할 때 쓰이는 재료가 될 수 있습니다. 예를 들면 단백질의 구성 성분인 아미노산과 같은 유기물의 기본 단위가 될 수 있습니다.


그러므로 메탄올 분자를 원시 항성계의 원반에서 처음으로 검출했다는 것은 앞으로도 많은 원시 항성계에서 유기화합물을 찾아내고 그 분포를 알아낼 수 있음을 의미합니다. 또한 그 유기물을 지속적으로 관측한다면 원시 항성계가 어떤 화학적 진화 과정을 거쳐서 생명체의 기원이 될 수 있는지도 예측해 볼 수 있습니다.


00Proto_ALMA3.jpg » 메탄올 분자를 검출하는 데 성공한 원시 항성계 TW Hydrae의 허블 우주 망원경 근적외선 관측 이미지. 출처/ 허블 우주망원경


더 많이 검출될 원시항성계 유기물 단서들이 풀어줄 수수께끼들

00dot.jpg

바다뱀자리(TW Hydrae)에서 얻은 메탄올 분자 첫 관측 성과는 원시 항성계를 향한 유기물 검출 연구의 시작에 불과합니다. 앞으로도 알마의 안테나는 수많은 원시 항성계들을 향할 것이고 그만큼 유기화합물 관측 사례도 늘어날 전망입니다.


문학자들은 이러한 관측을 통해서 원시 항성계에서의 화학 작용들을 밝혀내 지구와 생명체의 기원에 더욱 다가설 것입니다. 지금 우리 몸을 구성하는 물질들은 먼 옛날에 과연 어떻게 만들어졌을까요? 이번에 처음 발견된 메탄올 분자들은 그 질문에 답하려는 천문학자들에게 매우 중요한 힌트를 준 것일지도 모릅니다.


[참고]


[1] First detection of methyl alcohol in a planet-forming disc, Phys.org, 15 Jun 2016

 http://phys.org/news/2016-06-methyl-alcohol-planet-forming-disc.html

[2] http://www.almaobservatory.org/en/about-alma/origins-of-the-alma-project

[3] Catherine Walsh, First Detection of Gas-phase Methanol in a Protoplanetary Disk, arXiv:0616.06492v1, 2016


이정환 서울대 물리천문학부 석박사통합과정   

@한겨레 과학웹진 사이언스온   



   [사이언스온의 길목]

페이스북 페이지   https://www.facebook.com/scienceon

트위터   https://twitter.com/SciON_hani

한겨레 스페셜   http://special.hani.co.kr

  • 구글
  • 카카오
  • 싸이월드 공감
  • 인쇄
  • 메일
이정환 서울대학교 물리천문학부 석박사통합과정(천문학) 대학원생
이제 막 천문학의 바다를 항해하기 시작한 대학원생입니다. 아직 내공이 부족하지만 앞으로 연구도 잘하고 싶고 글도 잘 써보고 싶은 욕심 많은 과학도입니다.
이메일 : joungh93@gmail.com      
블로그 : http://blog.naver.com/radii26omg

최신글




최근기사 목록

  • 흐릿한 얼음천체 명왕성, 알고 보니 흥미진진 ‘팔색조’흐릿한 얼음천체 명왕성, 알고 보니 흥미진진 ‘팔색조’

    우주★천문 뉴스 파일이정환 | 2017. 01. 02

    이정환의 ‘우주★천문 뉴스 파일’관측과 분석 기술이 발전하면서 우리의 근원적 호기심을 자극하는 우주와 천문학의 새로운 연구 소식들이 잇따릅니다. 천문학을 공부하는 대학원생 이정환 님이 우주·천문 분야의 흥미로운 최근 소식을 간추려...

  • 별 탄생 역사에 ‘75억 년 공백’ 지닌 특이 성단별 탄생 역사에 ‘75억 년 공백’ 지닌 특이 성단

    우주★천문 뉴스 파일이정환 | 2016. 10. 31

    이정환의 ‘우주★천문 뉴스 파일’관측과 분석 기술이 발전하면서 우리의 근원적 호기심을 자극하는 우주와 천문학의 새로운 연구 소식들이 잇따릅니다. 천문학을 공부하는 대학원생 이정환 님이 우주·천문 분야의 흥미로운 최근 소식을 간...

  • ‘우주를 보는 거대한 눈’ 전파망원경 'FAST'‘우주를 보는 거대한 눈’ 전파망원경 'FAST'

    우주★천문 뉴스 파일이정환 | 2016. 09. 19

    이정환의 ‘우주★천문 뉴스 파일’관측과 분석 기술이 발전하...

  • ‘더 빠른 우주 팽창 속도’ 허블상수, 어떻게 나왔나‘더 빠른 우주 팽창 속도’ 허블상수, 어떻게 나왔나

    우주★천문 뉴스 파일이정환 | 2016. 08. 02

    이정환의 ‘우주★천문 뉴스 파일’관측과 분석 기술이 발전하면서 우리의 근원적 호기심을 자극하는 우주와 천문학의 새로운 연구 소식들이 잇따릅니다. 천문학을 공부하는 대학원생 이정환 님이 우주·천문 분야의 흥미로운 최근 소식을 간추려...

  • 작지만 중요한 왜소은하, 더 어두운 것을 찾아라작지만 중요한 왜소은하, 더 어두운 것을 찾아라

    우주★천문 뉴스 파일이정환 | 2016. 05. 26

    이정환의 ‘우주★천문 뉴스 파일’관측과 분석 기술이 발전하면서 우리의 근원적 호기심을 자극하는 우주와 천문학의 새로운 연구 소식들이 잇따릅니다. 천문학을 공부하는 대학원생 이정환 님이 우주·천문 분야의 흥미로운 최근 소식을 간추려...