천문학자들은 행성에서 벤젠을 발견했습니다.

여러 네덜란드 연구원을 포함한 국제 천문학자 팀이 처음으로 어린 별 주위의 행성 형성 원반에서 벤젠 분자(C6H6)를 관찰했습니다.

벤젠 외에도 그들은 다른 많은 작은 탄소 화합물과 산소가 풍부한 분자를 거의 보지 못했습니다. 관찰 결과에 따르면 우리 지구와 마찬가지로 이 원반에 형성되는 암석 행성에는 탄소가 상대적으로 거의 포함되어 있지 않습니다. 과학자들은 목요일 저녁 Nature Astronomy 저널에 연구 결과를 발표했습니다.

연구자들은 전갈자리 방향으로 우리로부터 약 500광년 떨어져 있는 젊고 작은 별 J160532(우리 태양 질량의 10분의 1)를 연구했습니다. 이렇게 작은 어린 별 주위에는 지구와 유사한 암석 행성이 가스와 먼지로 이루어진 원반 형태로 형성됩니다. 지금까지 대부분의 행성이 형성되는 이 원반의 따뜻한 내부 부분에 있는 분자를 연구하는 것은 이전 관측소의 제한된 민감도와 스펙트럼 분해능으로 인해 어려웠습니다.

연구를 위해 과학자들은 James Webb 우주 망원경에 탑재된 MIRI 분광계의 데이터를 사용했습니다. MIRI는 먼지 구름을 바로 볼 수 있으며 특히 내부 디스크의 뜨거운 가스를 측정하는 데 매우 적합합니다. MIRI 분광계의 주요 광학 장치는 네덜란드 천문학 연구 학교(NOVA)에서 설계하고 제작했습니다.

처음부터 Webb 및 MIRI 장비 구축에 참여한 Ewine van Dishoeck(Leiden University)는 "이것이 바로 MIRI 분광계가 설계된 과학의 종류입니다."라고 말합니다. "스펙트럼에는 행성 형성 원반의 화학적, 물리적 구성에 대해 알려주는 풍부한 데이터가 포함되어 있습니다."

탄소 가스가 많고 산소가 적습니다.

연구진은 행성 형성 원반에서 벤젠을 최초로 관찰한 것 외에도 처음으로 탄화수소 디아세틸렌(C4H2)과 반응성이 매우 높은 탄화수소인 비정상적으로 많은 양의 아세틸렌 가스(C2H2)를 확인했습니다. 놀랍게도 이 디스크에는 물과 이산화탄소가 거의 없습니다. 하지만 이러한 산소가 풍부한 화합물은 종종 다른 먼지 디스크에서 발견됩니다. 이러한 분자를 식별하려면 실험실에서 스펙트럼(화학적 지문)을 측정하는 화학자와 긴밀한 협력이 필요했습니다.

연구자들은 활성 젊은 별에 의해 탄소가 풍부한 먼지 입자가 파괴된 후 벤젠과 (디)아세틸렌이 원반에서 방출되는 것으로 의심합니다. 남아있는 먼지 입자에는 탄소가 상대적으로 적은 규산염이 포함되어 있습니다. 이후 단계에서는 저탄소 입자가 서로 뭉쳐서 더 큰 덩어리가 됩니다. 이들은 결국 지구와 같은 암석 행성이 됩니다. 이 시나리오는 우리 지구에 탄소가 부족한 이유를 설명할 수 있습니다.

앞으로 50개의 디스크가 필요합니다.

한편, 연구원들은 젊은 별 주변의 30개 이상의 다른 먼지 디스크에서 데이터를 연구하고 있으며 올해에는 20개 이상의 디스크에 대한 데이터가 추가될 것으로 예상됩니다. 이를 통해 그들은 다른 분자를 발견하고 아주 작은 것부터 태양 질량의 2~3배에 달하는 별 주위의 행성 형성에 대한 더 많은 지식을 얻을 것으로 예상됩니다.

연구의 주요 저자인 Benoît Tabone(현재 프랑스 파리-사클레 대학의 CNRS 연구원이자 이전에는 Leiden 대학에 속해 있음)은 다음과 같이 결론을 내렸습니다. 결성됐다.” 공동 저자인 흐로닝언 대학교 박사과정 학생인 Aditya Arabhavi는 다음과 같이 덧붙입니다. “J160532 디스크나 다른 디스크에서 더 많은 분자가 발견될 것입니다. 웹은 천문학자뿐만 아니라 분자물리학 전문가에게도 '놀이터'입니다.”

MINDS(MIRI 중적외선 디스크 조사)

설문조사는 JWST GTO(Guaranteed Time Observation) 프로그램 MINDS 내에서 진행되었습니다. 이 프로그램은 Inga Kamp(흐로닝언 대학교)가 공동으로 주도합니다. 흐로닝언(Groningen), 라이덴(Leiden), 네이메겐(Nijmegen) 출신의 천문학자들이 밀접하게 관련되어 있습니다.

과학 논문

매우 낮은 질량의 별 주위의 내부 원반에는 풍부한 탄화수소 화학과 높은 C/O 비율이 있습니다. 작성자: B. Tabone 외. In: Nature Astronomy, 2023년 5월 11일. (오픈 액세스))