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[우주의 속삭임(173)] 웹 망원경, 헬릭스 성운 초정밀 포착⋯죽어가는 별의 '마지막 숨결'
- 미 항공우주국(나사·NASA)·유럽우주국(ESA)·캐나다우주국(CSA)이 공동 운영하는 제임스 웹 우주망원경이 지구에서 가장 가까운 행성상 성운 가운데 하나인 헬릭스 성운을 전례 없이 정밀한 적외선 영상으로 포착했다고 ESA가 20일(현지시간) 해당 사진을 공개했다. 죽어가는 별의 마지막 순간을 관측하는 데 최적의 대상으로 꼽혀온 헬릭스 성운을 웹 망원경이 근접 촬영하면서, 별의 생애 말기와 물질 순환 과정이 한층 선명하게 드러났다. 이번 관측은 우리 태양과 태양계가 먼 미래에 맞이할 가능성 있는 운명을 가늠하게 한다는 점에서 의미가 크다. 웹 망원경의 고해상도 영상에서는 별이 수명을 다하며 방출하는 가스의 구조가 또렷하게 드러나며, 이 물질이 다시 우주 공간으로 환원돼 차세대 별과 행성의 씨앗이 되는 과정을 보여준다. 단순히 시각적으로 인상적인 이미지를 넘어, 우주 물질 순환의 메커니즘을 구체적으로 밝히는 과학적 단서를 제공한다는 평가다. 웹 망원경의 근적외선 카메라 NIRCam으로 촬영된 영상에서는 혜성처럼 꼬리를 가진 기둥 구조들이 팽창하는 가스 껍질의 내부 가장자리를 따라 늘어서 있다. 이는 별의 말기에 분출된 고온의 강한 항성풍이 과거에 방출된 차갑고 밀도 높은 먼지·가스층과 충돌하면서 형성된 것이다. 가벼우면서 빠른 물질이 무겁고 느린 물질을 밀어내며 만들어지는 현상으로, 기름이 물을 뚫고 올라오는 모습에 비유된다. 헬릭스 성운은 19세기 발견 이후 약 200년에 걸쳐 지상 및 우주 망원경으로 반복 관측돼 왔다. 그러나 웹 망원경의 근적외선 관측은 과거 허블 우주망원경이 포착한 몽환적인 모습과 달리, 성운 내부의 '매듭(knot)' 구조를 전면에 부각시키며 가장 뜨거운 가스에서 가장 차가운 가스로 이어지는 뚜렷한 경계까지 드러냈다. 중심부에 자리한 백색왜성을 기준으로, 온도와 화학적 조성이 급격히 변하는 과정이 명확히 관측된 것이다. 성운의 중심에는 죽어가는 별의 잔해인 백색왜성이 자리하고 있다. 이번 웹 영상에는 직접적으로 담기지 않았지만, 이 백색왜성에서 방출되는 강한 복사가 주변 가스를 밝히며 다양한 층위를 만들어낸다. 중심부 인근에는 고온의 이온화 가스가, 그 바깥에는 더 차가운 분자 수소가 분포하고, 먼지 구름 내부에는 복잡한 분자가 형성될 수 있는 ‘보호된 영역’이 존재한다. 이는 장차 다른 항성계에서 새로운 행성이 탄생하는 데 필요한 원재료로 작용할 수 있다. 웹 망원경 영상에서 색상은 온도와 화학적 상태를 의미한다. 푸른빛은 강한 자외선에 의해 에너지를 얻은 가장 뜨거운 가스를 나타내며, 바깥쪽으로 갈수록 노란색 영역에서는 수소 원자가 결합해 분자를 이루는 과정이 관측된다. 성운의 가장자리에서 보이는 붉은색은 가장 차가운 물질을 가리키며, 이곳에서 가스는 점차 희박해지고 먼지가 형성된다. 이러한 색의 분포는 별의 '마지막 숨결'이 새로운 세계의 재료로 전환되는 과정을 시각적으로 보여준다. 헬릭스 성운은 지구에서 약 650광년 떨어진 물병자리 방향에 위치해 있다. 비교적 가까운 거리와 독특한 형태 덕분에 아마추어 관측자와 전문 천문학자 모두에게 오랫동안 사랑받아 왔으며, 이번 웹 망원경 관측은 행성 형성과 별의 진화에 대한 이해를 한층 확장하는 계기가 되고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(173)] 웹 망원경, 헬릭스 성운 초정밀 포착⋯죽어가는 별의 '마지막 숨결'
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[우주의 속삭임(168)] 노년기 별의 '항성풍' 비밀 풀리나⋯별빛 아닌 대류·맥동이 가스 방출 주도
- 노년기에 접어든 별이 우주로 내뿜는 '별바람(항성풍)'의 기원에 대해 천문학계의 오랜 통설을 흔드는 연구 결과가 나왔다고 어스닷컴이 보도했다. 생명체를 구성하는 탄소·산소·질소 등 원소가 담긴 '별먼지(stardust)'가 어떻게 우주 공간으로 퍼져 나가는지를 둘러싼 기존 설명이 수정돼야 할 가능성이 제기된 것이다. 스웨덴 예테보리 공과대(Chalmers University of Technology) 연구진은 태양과 유사한 질량을 지닌 노년기 별인 적색 거성 'R 도라두스(R Doradus)'를 정밀 관측한 결과, 미세한 먼지가 별빛의 압력만으로는 가스를 밀어내 항성풍을 형성하기 어렵다는 결론에 도달했다. 이 연구는 국제 학술지 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 최신호에 실렸다. R 도라두스는 지구에서 약 180광년 떨어진 비교적 가까운 별로, 적색거성의 말기 단계인 점근거성가지(AGB)에 속한다. 이 시기의 별은 막대한 양의 가스를 방출하며, 이는 훗날 새로운 별과 행성의 재료가 된다. 그동안 천문학자들은 별빛이 갓 생성된 먼지를 밀어내고, 이 먼지가 주변 가스를 끌어당기며 항성풍을 만든다고 설명해 왔다. 연구진은 2017년 칠레 파라날 천문대의 초대형망원경(VLT)에 장착된 장비를 활용해 편광된 가시광선을 분석, 별 표면 가까이 형성된 먼지의 성분과 크기를 구분해냈다. 이후 몇 년 동안 데이터를 신중하게 분석하고, 기존 이론들을 뒷받침하는 지 검증하기 위해 노력했다. 관측 결과, R 도라두스 주변의 먼지는 주로 규산염과 산화알루미늄으로 구성돼 있었지만, 입자 크기가 매우 작아 별빛을 충분히 받아 가스를 밀어낼 수 없다는 점이 확인됐다. 복사 전달 시뮬레이션을 통해 별빛이 먼지와 상호작용하는 방식을 계산한 결과도 같은 결론을 뒷받침했다. 먼지가 너무 작으면 빛을 산란·흡수하는 효율이 낮아 중력을 극복하지 못한다는 것이다. 철 성분이 많은 먼지는 빛을 더 흡수할 수 있지만, 온도가 급격히 올라 증발(승화)해 버리는 한계가 있었다. 연구를 이끈 테오 쿠리 연구원은 "항성풍의 작동 원리를 상당 부분 이해하고 있다고 생각했지만, 이번 결과는 그 가정이 틀렸을 수 있음을 보여준다"며 "과학자로서 가장 흥미로운 발견"이라고 평가했다. 연구진은 대신 별 내부의 대류 현상이나 주기적인 팽창·수축에 따른 충격파가 가스를 위로 밀어 올린 뒤, 그 과정에서 먼지가 보조적인 역할을 할 가능성에 주목했다. 실제로 R 도라도스는 수개월 단위(약 175일과 332일 주기)로 밝기가 변하는 맥동을 보이며, 이 주기에 따라 가스 방출 환경도 달라질 수 있다는 설명이다. 이번 연구는 태양과 같은 별의 먼 미래를 이해하는 데도 중요한 단서를 제공한다. 태양 역시 수십억 년 뒤 AGB 단계를 거치며 외곽 물질을 방출할 것으로 예상되는데, 항성풍의 정확한 메커니즘은 최종적인 행성계의 모습에 영향을 미치기 때문이다. 연구진은 앞으로 여러 맥동 주기에 걸친 추가 관측을 통해, 어떤 조건에서 먼지가 항성풍 형성에 기여하는지 규명할 계획이다. 작은 별먼지가 우주 화학 진화의 출발점이 되는 과정은 여전히 풀어야 할 숙제로 남아 있다.
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[우주의 속삭임(168)] 노년기 별의 '항성풍' 비밀 풀리나⋯별빛 아닌 대류·맥동이 가스 방출 주도
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