행성이 될 뻔한 '실패한 별', 제임스웹이 망원경이 포착한 순간

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제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 불꽃 성운(Flame Nebula)에서 예상보다 훨씬 작은 천체들을 포착했다. 연구진은 별과 행성의 경계를 가르는 가장 작은 천체를 조사한 결과, 목성 질량의 0.5배에 불과한 극저질량 천체를 발견했다. 이는 기존 이론이 예측한 한계를 넘어서는 발견으로, 별과 행성 형성 과정에 대한 새로운 단서를 제공할 전망이다.

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실패한 별? 별이 되지 못한 갈색 왜성과 떠돌이 행성

제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 지구에서 약 1,400광년 떨어진 불꽃 성운(Flame Nebula)에서 예상보다 훨씬 작은 천체들을 포착했다. 이 지역은 별이 활발히 태어나는 곳으로, 연구진은 별과 행성의 경계를 가르는 가장 작은 천체를 조사하는 데 집중했다. 그 결과, 목성 질량의 0.5배 크기까지 측정할 수 있었으며, 목성 질량의 2~3배에 해당하는 자유 부유 천체(free-floating objects)도 발견되었다. 이는 기존 이론이 예측한 질량 한계를 뛰어넘는 발견이다.

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별과 행성 사이, 갈색 왜성의 경계

갈색 왜성(brown dwarf)은 핵융합을 지속할 만큼 질량이 크지 않지만, 행성과는 다른 특성을 지닌 천체다. 일반적으로 시간이 지나면서 식고 희미해져 관측이 어렵지만, 불꽃 성운과 같은 별 탄생 지역에서는 비교적 밝아 적외선 관측이 가능하다. 연구팀은 이를 활용해 갈색 왜성이 형성될 수 있는 최저 질량 한계를 조사했다.

 

천문학자 매튜 드 푸리오(Matthew De Furio)는 "제임스 웹 망원경 덕분에 지금까지 감지할 수 없었던 가장 희미하고 작은 천체들을 연구할 수 있었다"고 밝혔다. 이번 연구는 천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)에 게재되었으며, 별과 행성의 경계를 재정의할 중요한 연구로 평가받고 있다.

 

 

 

제임스 웹 망원경이 포착한 ‘실패한 별’의 정체

이 이미지는 불꽃 성운을 허블 우주 망원경(왼쪽)과 제임스 웹 우주 망원경(오른쪽)으로 촬영한 근적외선 관측 비교 사진이다. 웹 망원경의 이미지는 성운 내부의 젊은 별과 갈색 왜성을 더 자세히 보여준다.

 

 

우주에서 작은 천체는 어떻게 태어나는가?

천문학자들은 거대한 분자 구름이 붕괴하면서 작은 천체들이 형성되는 과정을 연구해왔다. 별이 탄생하려면 중심부 온도가 충분히 높아져야 하지만, 그렇지 않을 경우 갈색 왜성이나 자유 부유 행성이 형성된다. 연구팀은 불꽃 성운 내 저질량 천체의 개수를 측정한 결과, 목성 질량의 10배 이하 천체는 흔하지만, 5배 이하부터 급격히 줄어들며 2~3배 이하의 천체는 거의 발견되지 않았다. 이는 천체 형성의 근본적인 질량 한계가 존재할 가능성을 시사한다.

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천문학자 마이클 마이어(Michael Meyer)는 "우리가 예측한 질량 한계가 실제라면, 은하계에는 독립적으로 형성된 목성 질량의 천체가 거의 존재하지 않을 것이다. 이는 목성 크기의 천체가 독립적으로 형성되기보다는 행성계에서 튕겨 나왔을 가능성을 높인다"고 설명했다.

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허블 우주 망원경(Hubble Space Telescope)은 갈색 왜성 연구의 기반을 마련했지만, 목성 질량 10배 이하의 갈색 왜성을 직접 관측하는 것은 불가능했다. 이번 연구에서는 제임스 웹 망원경의 정밀한 적외선 관측 덕분에 더 작은 천체까지 감지할 수 있었다.

 

 

 

불꽃 성운(Flame Nebula) 내의 저질량 천체 (NIRCam 이미지). [사진=NASA, ESA, CSA, STScI, ichael Meyer(University of Michigan)]

 

 

이를 통해 별과 행성의 경계를 보다 명확히 규명할 수 있을 것"이라고 평가했다. 연구팀은 향후 제임스 웹 망원경의 분광기를 활용해 불꽃 성운 내 천체들의 조성을 정밀 분석할 계획이다. 특히, 자유 부유 천체와 질량이 작은 갈색 왜성의 경계를 보다 명확히 구분하는 것이 목표다. 마이어는 "이 연구는 향후 5년간 가장 중요한 천체 형성 연구 중 하나가 될 것이다"라고 전망했다.

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이번 연구는 별과 행성 형성의 경계를 규명하는 새로운 이정표로, 제임스 웹 망원경이 우주에서 가장 작은 천체까지 탐색할 수 있음을 입증한 사례가 됐다.

 

 

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