깊은 우주에서 발견된 신비한 가스에 천문학자들이 충격을 받았습니다

캘리포니아 대학교 샌디에이고 대학교 천문학 및 천체물리학 교수인 Adam Burgasser가 이끄는 연구팀은 이제 Wolf 1130C로 알려진 차가운 고대 갈색 왜성 대기에서 포스핀을 발견했습니다. 그들의 연구 결과는 최근에 출판되었습니다. 과학.

팀은 이러한 희미하고 온도가 낮은 물체를 자세히 분석할 수 있을 만큼 강력한 최초의 장비인 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하여 발견했습니다. 그러나 놀라운 점은 포스핀이 발견되었다는 사실이 아니라 과학자들이 예상했던 다른 갈색 왜성과 가스 거대 외계 행성에서는 포스핀이 발견되지 않은 것으로 보인다는 것입니다.

고대 별의 화학 조사

Burgasser는 “고대인의 신비라고 불리는 우리의 천문학 프로그램은 대기 화학에 대한 우리의 이해를 테스트하는 수단으로 오래되고 금속이 부족한 갈색왜성에 초점을 맞추고 있습니다.”라고 말했습니다. “포스핀 문제를 이해하는 것이 우리의 첫 번째 목표 중 하나였습니다.”

정상적인 조건에서 포스핀은 목성과 토성과 같은 거대 가스 행성의 수소가 풍부한 대기에서 자연적으로 형성됩니다. 이 때문에 연구자들은 갈색 왜성을 포함한 다른 별 주변의 유사한 환경에도 이 별이 존재할 것이라고 오랫동안 가정해 왔습니다. 이 별은 실제 별처럼 수소를 융합하기에는 너무 작기 때문에 때때로 “실패한 별”이라고도 불립니다.

그러나 이전 JWST 관찰에서는 포스핀을 포착하기 어려웠으며, 이는 인 화학에 대한 우리의 이해에 뭔가가 빠져 있을 수 있음을 암시합니다. “JWST 이전에는 포스핀이 외계 행성과 갈색 왜성 대기에 풍부할 것으로 예상되었습니다. 이는 우리가 알고 있는 난류 혼합에 기초한 이론적 예측에 따른 것입니다.”라고 최근 톨레도 대학에서 박사 학위를 취득한 더블린 트리니티 칼리지의 박사후 연구원인 공동 저자 샘 베일러(Sam Beiler)는 설명했습니다.

바로 이 부재를 조사하는 초기 연구를 이끌었던 Beiler는 “JWST로 얻은 모든 관측은 Wolf 1130C를 관측하기 전까지는 이론적 예측에 도전했습니다.”라고 덧붙였습니다.

늑대의 특이한 시스템 1130ABC

Wolf 1130C는 백조자리 방향으로 54광년 떨어진 복잡한 3성계의 일부입니다. 갈색 왜성은 차가운 붉은 별(Wolf 1130A)과 밀도가 높은 백색 왜성(Wolf 1130B)으로 구성된 가까운 쌍성 궤도를 돌고 있습니다. 천문학자들은 울프 1130C가 태양보다 훨씬 적은 “금속”(수소와 헬륨보다 무거운 원소)을 함유하고 있어 원시 우주 화학을 연구하는 데 귀중한 실험실을 제공하기 때문에 오랫동안 이 시스템에 관심을 가져왔습니다.

이전 갈색 왜성 관측과 달리 JWST 데이터는 Wolf 1130C 대기의 인산염에서 강한 적외선 신호를 나타냅니다. 가스가 얼마나 많이 존재하는지 이해하기 위해 팀은 대기 모델링을 전문으로 하는 샌프란시스코 주립 대학의 Eileen Gonzales 조교수에게 도움을 요청했습니다.

“Wolf 1130C의 분자 존재비를 결정하기 위해 대기 검색이라는 모델링 기술을 사용했습니다.”라고 Gonzales는 말했습니다. “이 기술은 JWST 데이터를 사용하여 각 분자 가스 종의 양이 대기 중에 얼마나 있어야 하는지를 알아냅니다. 이는 요리사가 레시피를 포기하지 않을 때 정말 맛있는 쿠키를 리버스 엔지니어링하는 것과 같습니다.”

그녀의 분석을 통해 포스핀이 예상된 양(약 100ppb)으로 존재한다는 사실이 확인되었습니다.

왜 갈색 왜성은 다른 것은 아니고 이 갈색 왜성인가?

이 발견은 새로운 질문을 제기합니다. 왜 이 특별한 갈색 왜성은 포스핀을 함유하고 있지만 다른 왜성은 그렇지 않습니까? 한 가지 가능성은 물체의 특이한 화학적 구성과 관련이 있습니다. 정상적인 조건에서 인은 삼산화인과 같은 다른 분자에 결합되어 있을 수 있다고 Beiler는 설명했습니다. “Wolf 1130C의 금속 고갈 대기에는 인을 흡수할 산소가 충분하지 않아 풍부한 수소로부터 포스핀이 형성될 수 있습니다.”

연구팀은 금속이 부족한 갈색 왜성에 대한 향후 JWST 관측을 통해 이 아이디어를 테스트하여 동일한 패턴이 나타나는지 확인할 계획입니다.

죽어가는 별의 단서

또 다른 가설은 인이 Wolf 1130ABC 시스템 내에서 특히 백색왜성인 Wolf 1130B에 의해 국부적으로 생성되었을 수 있다는 것입니다. “백색 왜성은 수소 융합을 마친 별의 남은 껍질입니다.”라고 Burgasser는 말했습니다. “그들은 밀도가 너무 높아서 표면에 물질을 부착할 때 폭주 핵반응을 겪을 수 있으며, 이를 신성으로 감지합니다.”

비록 천문학자들이 최근 역사에서 이 시스템에서 신성 사건을 관찰한 적은 없지만, 그러한 폭발은 종종 수천 년마다 반복됩니다. Wolf 1130ABC는 약 100년 동안만 알려져 있었기 때문에 초기 폭발은 눈에 띄지 않게 진행되어 주변 공간에 인의 흔적을 남겼을 수 있습니다. 이전 연구에서는 은하수의 인 원자 중 상당수가 이러한 항성 폭발에서 유래했을 수 있다고 제안했습니다.

우주에서 인의 기원을 밝히다

Wolf 1130C에 포스핀에 대한 명확한 증거가 포함된 이유를 이해하면 은하계에서 인이 어떻게 형성되고 행성 대기에서 어떻게 작용하는지에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 부르가서(Burgasser)는 이렇게 설명했습니다. “태양계 너머 지구 세계에서 생명체를 찾는 데 이 분자를 사용하려면 생명체가 있을 것으로 예상되지 않는 갈색 왜성 대기의 포스핀 화학을 이해하는 것이 매우 중요합니다.”

이 작업은 NASA/STScI(NAS 5-03127 및 AR-2232) 및 Heising-Simons 재단의 지원을 받았습니다.