제임스 웹 우주 망원경은 NASA, 유럽 우주국(ESA), 캐나다 우주국(CSA) 등의 협력으로 개발된 최첨단 우주 망원경입니다. 2021년 12월 25일에 발사되어 2022년 7월 12일에 본격적인 운영을 시작했습니다. 초기 우주, 첫 번째 별과 은하의 형성, 행성계의 형성, 외계 행성의 대기 분석 등 다양한 천문학적 연구를 목표로 하고 있습니다. 특히, 태양계 외의 외계 행성을 연구하고, 그 대기의 조성을 분석하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
웹망원경으로 빛나는 이미지를 포착
천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 별을 공전하지 않는 6개의 불량 세계, 즉 우주 물체를 발견했습니다.
이 천체는 목성보다 약간 크고, 관측을 통해 우주 전역에서 별과 행성이 어떻게 형성되는지에 대한 빛을 비추고 있습니다.
웹 망원경은 페르세우스 분자 구름이라고 불리는 더 큰 가스와 먼지 구름 내에 위치한 960광년 떨어진 별 형성 성운, 즉 가스와 먼지 구름인 NGC 1333을 들여다보았습니다. 성운 내부의 난류는 중력으로 인해 붕괴되어 별을 낳는 매듭을 만듭니다.
우주 관측소는 웹망원경으로 우주 구름의 극적이고 빛나는 이미지를 포착했습니다. 허블 우주 망원경은 이전에 성운의 이미지를 포착했지만 먼지 때문에 별 형성 과정을 볼 수 없었습니다.
하지만 적외선으로 우주를 관찰할 수 있는 웹은 먼지를 뚫고 볼 수 있었습니다.
성운 안에는 신생 별, 갈색 왜성, 행성과 같은 질량을 가진 물체가 있는데, 모두 목성보다 약 5~10배 더 무겁습니다. 이들은 일반적으로 행성보다 훨씬 큰 별, 또는 갈색 왜성(별이나 행성이 아닌 천체)의 형성으로 이어지는 과정을 통해 만들어진 것으로 밝혀진 가장 질량이 낮은 물체입니다. 갈색 왜성은 행성보다 더 거대하지만 별만큼 거대하지는 않습니다.
웹망원경으로 별 형성과정을 탐구
존스홉킨스 대학의 교무처장이자 천체물리학자인 수석 연구 저자 레이 자야와르다나는 성명을 통해 “우리는 웹의 전례 없는 적외선 파장 감도를 사용하여 어린 별 무리의 가장 희미한 구성원을 찾아 천문학의 근본적인 질문, 즉 물체가 얼마나 가벼운 별처럼 형성될 수 있는가에 대한 해답을 찾고자 했습니다.”라고 말했습니다. “별처럼 형성되는 가장 작은 자유 부유 물체는 근처 별을 도는 거대한 외계 행성과 질량이 겹칩니다.”
이 관찰은 천문학자들이 별 물체가 형성되는 다양한 방식을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다.
존스홉킨스의 천체물리학자이자 수석 연구 저자인 애덤 랑게벨드는 성명을 통해 “우리는 별 형성 과정의 한계를 탐구하고 있습니다.”라고 말했습니다. “어린 목성처럼 보이는 물체가 있다면 적절한 조건에서 별이 되었을 가능성이 있을까요? 이는 웹망원경으로 별과 행성 형성을 이해하는 데 중요한 맥락입니다.”
웹망원경은 은하와 별들이 어떻게 진화했는지에 대한 연구를 통해 우주의 역사에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다. JWST는 적외선 관측을 통해 먼 외계 행성들의 대기를 분석하고, 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성을 찾는 데 중요한 정보를 제공할 것입니다. 우리 태양계와 같은 행성계의 형성과정을 연구합니다. 특히, 별의 형성과 관련된 가스와 먼지 구름을 연구하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 빅뱅 이후 몇 백만 년 간의 초기 우주를 연구하여 우주 형성에 대한 새로운 통찰을 제공합니다.
웹망원경에 의한 로그 월드의 탄생
일반적으로 별은 가스와 먼지 구름에서 형성됩니다. 그런 다음 별이 형성될 때 남은 물질이 행성을 만듭니다. 하지만 항성체도 행성과 비슷하게 형성될 수 있다고 연구 저자들은 말했습니다.
“우리의 관찰에 따르면 자연은 적어도 두 가지 다른 방식으로 행성 질량 물체를 생성합니다. 가스와 먼지 구름이 수축하여 별이 형성되는 방식과 어린 별 주변의 가스와 먼지 원반에서, 즉 우리 태양계의 목성이 그랬던 것처럼 말입니다.” Jayawardhana가 말했습니다.
새로 발견된 물체 중 하나의 질량은 목성 5개, 즉 지구 약 1,600개로 추산됩니다. 물체를 둘러싼 먼지 원반은 별과 비슷하게 형성되었을 가능성이 있음을 보여줍니다.
그리고 가스와 먼지 원반에서 행성이 생성될 수 있다는 점을 감안할 때 행성과 같은 물체가 “미니” 행성을 형성할 수도 있습니다. “거대 행성과 비슷한 질량을 가진 작은 물체는 스스로 행성을 형성할 수 있습니다.” 영국 세인트 앤드류스 대학교의 천체물리학자이자 연구 공동 저자인 알렉스 숄츠가 성명을 통해 말했습니다. “이것은 우리 태양계보다 훨씬 작은 규모의 소형 행성계의 보육원일 수 있습니다.”
연구팀은 웹을 사용하여 인간의 눈에는 보이지 않는 적외선으로 성운을 자세히 연구했고, 행성의 질량을 가진 동반 천체를 가진 갈색 왜성이라는 희귀한 현상을 발견했습니다. “이러한 쌍은 수축하면서 구름이 조각나면서 이중성계가 형성되는 방식으로 형성되었을 가능성이 높습니다.” 자야와르하나가 말했습니다. “자연이 만들어낸 시스템의 다양성은 놀랍고, 우리는 별과 행성 형성 모델을 개선해야 합니다.” 천문학자들은 여전히 자유롭게 떠다니는 떠돌이 세계가 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 통찰력을 얻으려고 노력하고 있습니다.
행성과 같은 천체가 처음에는 별 주위에서 형성되고 궤도를 돌지만 다른 천체와의 중력적 상호 작용으로 인해 쫓겨날 가능성이 있습니다. 웹이 연구한 성운 내 천체의 약 10%가 떠돌이 행성이지만, 이러한 신비한 천체는 여전히 은하계 전체에서 희귀한 것으로 간주됩니다. 앞으로 팀은 웹을 사용하여 이러한 천체를 더 많이 연구하여 이들이 어떻게 자체 미니 행성계를 형성하는지 확인할 것입니다. 그리고 2027년 5월에 발사되면 NASA의 낸시 그레이스 로만 우주 망원경은 수백 개의 떠돌이 행성을 발견하고 천문학자들이 이러한 유목 세계의 비밀을 밝히는 데 도움을 줄 수 있습니다.