6월 초 미국 존스홉킨스대 물리학 및 천문학 연구진은 JWST의 근적외선 분광기(NIRSpec)를 사용해 지구로부터 약 155광년 떨어진 태양 유사 별 HD 181327 주변에서 결정질 물 얼음을 검출했다고 밝혔다. 이는 외계 항성계의 잔해 원반(disk)에서 고체 상태 물을 직접 포착한 첫 사례로, 관련 연구 논문은 ‘네이처(Nature)’에 게재됐다.
이번에 물이 검출된 HD 181327은 미국항공우주국(NASA)이 시민 과학자들과 함께 수천 개 후보 천체를 분류하는 원반 구조 천체 탐색 프로젝트인 ‘원반 탐정(Disk Detective)’을 통해 발굴됐다. 태양보다 질량이 약간 더 무거운 F6형 항성(태양보다 조금 더 뜨겁고 밝은 중간 질량의 별)이며, 나이는 2300만 년 정도로 매우 젊다. 행성계를 형성 중인 별 주변에 얼음이 존재한다는 사실은 물이 행성계 진화에 기여할 수 있음을 보여주는 중요한 단서가 된다.
HD 181327의 잔해 원반은 태양계 외곽 카이퍼 벨트를 떠올리게 하는 구조를 지니고 있다. 별에서 멀리 떨어진 외곽에는 얼음과 미세먼지가 섞인, 이른바 ‘더러운 눈덩이(dirty snowball)’ 형태의 물질이 대량으로 분포해 있다. 이 물질의 총량은 향후 형성될 전체 행성 질량의 20% 이상에 달할 정도로 방대하다.
흥미로운 점은 물질의 분포가 거리에 따라 뚜렷하게 달라진다는 것이다. 원반 중심부에 가까워질수록 얼음은 거의 관측되지 않는다. 이러한 분포 양상은 외계 행성계에도 태양계처럼 ‘눈선(snow line)’이 존재함을 보여준다. 눈선은 물이 얼음 상태로 안정적으로 존재할 수 있는 경계선으로, 그 바깥에서는 얼음이 유지되지만 안쪽에서는 별빛에 의해 쉽게 기화된다. 이 바깥쪽 얼음은 충돌이나 중력 상호작용을 통해 별에 가까운 안쪽 영역으로 옮겨지며, 지구처럼 물이 존재하는 행성이 형성될 수 있는 기반이 된다. 이러한 물 이동 메커니즘은 새로운 ‘물 전달 이론(water delivery theory)’을 뒷받침하는 관측 근거가 된다. 특히 기화된 물이 안쪽으로 확산된다는 ‘점성 확산(viscous diffusion)’ 이론이 실제 외계 항성계에서도 작동한다는 것을 보여주는 관측 결과다.
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