우주의 아름다운 순간 : 월간 우·아코스모스토리 속 우주의 아름다운 순간을 모아 전해드리는 '월간 우·아'입니다. 인류는 오랜 시간 우주를 탐구하면서 다양한 발견을 했습니다. 망원경으로 포착한 광활한 우주공간 속 놀라운 결과물을 모아 매달 소개합니다.
1. 목성 극지방에 형성되는 거대한 오로라의 뚜렷한 모습이 제임스 웹 우주망원경으로 관측됐습니다.
2. 먼지에 가려 보이지 않았던 M83 은하핵, 중적외선 관측으로 초대질량 블랙홀의 강력한 증거가 포착됐습니다.
3. 별의 진화 끝에 만들어지는 행성상 성운, 모래시계처럼 복잡한 대칭형으로 생성된 NGC1514의 자세한 모습이 공개됐습니다.
목성에도 지구같은 오로라가?…제임스 웹으로 관측한 역동적인 목성의 극지방
미국항공우주국(NASA)에서 공개한 목성의 오로라 관측 결과물. NASA, ESA, CSA, STScI지상 천문대부터 허블 우주망원경(HST), 그리고 달 뒷편 라그랑주 2점에서 우주 관측을 진행중인 제임스 웹 우주망원경(JWST)까지…천문 관측 기술이 발전하면서 천문학자들은 기존에 관측했던 천체를 새로운 기술로 더 정밀하게 관측하면서 이전에는 알 수 없었던 다양한 현상을 발견하고 있습니다.
미국항공우주국(NASA)에서 공개한 목성의 오로라 관측 결과물. NASA, ESA, CSA, STScI태양계에서 제일 큰 행성 목성. 맑은날 밤하늘을 관측하면 일반인도 거대한 줄무늬를 한 모습을 발견할 수 있는 이 천체를 최근 제임스 웹이 다시 한 번 관측했습니다.
미국항공우주국(NASA)은 지난 12일 목성의 북반구에 발생한 거대한 오로라를 집중 관측한 결과물을 공개했습니다. 목성의 엄청난 자기장으로 인해 지구에서 발생하는 오로라보다 훨씬 더 크고 선명합니다.
미국항공우주국(NASA)에서 공개한 목성의 오로라 관측 결과물. NASA, ESA, CSA, STScI이번 관측에서 주목할 점은, 목성의 북극 지역에 뚜렷하게 형성된 오로라입니다. 이는 태양풍을 포함한 고에너지 입자들이 목성의 자기장을 따라 내려오면서 상층 대기와 충돌해 만들어진 현상입니다. 제임스 웹은 이 현상을 통해 목성의 자기권(Magnetosphere), 대기 상층의 열층, 그리고 극지의 복잡한 대기 순환 구조까지 입체적으로 관측했습니다.
나사는 이 오로라가 목성의 위성 중 화산활동으로 유명한 이오(Io)에서 방출되는 입자와도 깊은 관련이 있다고 밝혔습니다. 이오의 지각 활동으로 우주공간으로 분출된 물질은 목성의 강력한 자기장에 포획돼 고속으로 이동하다 목성의 극지방으로 낙하하면서 오로라가 형성에 기여한 것으로 분석됩니다.
미국항공우주국(NASA)에서 공개한 목성 극지방 대기 관측 결과물. 네모 표시된 구역에서 두 망원경의 관측정보가 다르게 출력되고 있다. 왼쪽은 허블 우주망원경으로 관측한 결과물. NASA, ESA, CSA, STScI프로젝트를 이끈 영국 레스터 대학교의 조나단 니콜스는 "고해상도 적외선 이미지와 스펙트럼 분석은 JWST가 아니면 구현할 수 없던 정밀 관측이었고, 그 결과 목성의 내부 에너지 구조와 대기 역학을 파악하는 데 결정적인 단서를 제공하게 됐다"고 말했습니다.
연구팀은 자료를 분석하면서 새로운 현상을 또 발견했습니다. 허블우주망원경이 관측한 자료와 비교해보니 오로라 내부 극지방에 제임스 웹에서 밝게 보이는 부분이 허블에서는 보이지 않았습니다. 보통 자외선과 가시광선으로 보이지 않는 부분이 적외선으로 관측되는 경우가 있는데요. 이 현상을 연구진도 정확히 설명하지 못하고 있습니다. 두꺼운 목성 극지방 대기 안에 어떤 현상이 진행되고 있을지 모르겠습니다. 이 자료는 앞으로 목성의 대기 및 우주환경에 대한 연구 데이터로 활용될 전망입니다.
천문학자와 은하 사이의 숨바꼭질…M83 중심에서 포착된 숨어있는 블랙홀의 흔적
M83을 제임스 웹 우주망원경의 두가지 모드로 관측한 결과물. 근적외선 카메라로 관측한 결과물(위), 중적외선 기기로 관측한 결과물(아래). ESA/NASA/CSA우주의 곳곳에 숨어있는 크고 작은 블랙홀, 이 천체가 가진 중력의 크기는 측정이 불가능할 정도로 강력해 시공간을 휘게 만들고 주변 천체를 잡아먹기까지 합니다. 인류는 우주 속 이 강력한 천체를 연구하기 위해 여러 은하의 중심에 분포하는 블랙홀을 연구하고 있습니다.
남쪽 바람개비 은하라고 불리는 M83(Messier 83)은하는 바다뱀자리 방향으로 약 1500만 광년 떨어진 막대나선은하 입니다. 나선팔이 감긴 모습이 매우 역동적인데요. 그 주변에는 아기별들이 탄생하고 있어 자주 관측되는 천체이기도 합니다.
최근 천문학자들은 제임스 웹을 사용해 이 은하의 복잡한 모습을 중적외선 기기(MIRI)로 관측했고 이곳에서 발견한 놀라운 관측 결과를 공개했습니다. 겉보기엔 아름다운 나선 팔을 가진 고요한 은하처럼 보이지만, 그 중심부에서 기존에는 보이지 않았던 이온화된 네온가스를 발견됐습니다.
연구진의 분석결과 이 네온가스는 별의 광도로 설명될 수 없는 고에너지 방사선의 흔적으로, 초대질량 블랙홀에 대한 강력한 증거가 됩니다. 과거 M83은 활동성 은하핵(AGN)이 없다고 여겨졌습니다. 이는 X선이나 가시광선 관측에서 뚜렷한 신호가 확인되지 않았기 때문입니다. 그러나 제임스 웹의 중적외선 관측을 통해 네온가스를 발견했고 이는 숨어있는 블랙홀의 강력한 증거가 됩니다.
유럽우주국 AURA와 수석 연구원 스베아 에르난데스는 "M83의 핵에서 고도로 이온화된 네온 방출을 발견한 것은 예상치 못한 일"이라며 "이러한 신호는 일반적인 별의 방사로는 설명할 수 없을 만큼 고에너지 특성을 띱니다"라고 설명했습니다.
연구팀은 M83 중심부에 태양질량의 수천만배 규모의 초대질량 블랙홀이 서서히 물질을 흡수하며 성장하고 있을 것이라고 추정하고 있습니다. 이 발견은 우리와 비교적 가까운 은하에서도 숨어있는 블랙홀이 존재할 수 있음을 알려주며, 은하 진화와 블랙홀 성장 간의 관계를 재해석하게 만드는 계기가 될 것입니다.
우주에 떠 있는 모래시계?…NGC 1514가 보여준 별의 마지막 퍼포먼스
제임스 웹 우주망원경의 중적외선 기기로 관측한 행성상 성운 NGC 1514. NASA/ESA/CSA/STScI지구에서 황소자리로 약 1500광년 떨어진 NGC 1514는 '수정구 성운(Crystal Ball Nebula)'이라는 별명을 가지고 있습니다. 이는 이 성운이 마치 투명한 유리 구슬처럼 보이기 때문인데요, 그 아름다움 뒤에는 별의 생애 마지막 장면이 담겨 있습니다.
이 천체는 쌍성계에 속하는 중심별이 진화하면서 겉껍질을 벗어내고 주변 우주로 물질을 방출하여 형성된 행성상 성운(Planetary Nebula)입니다. 지금까지 이 성운은 일반적인 타원형 구조로 관측됐지만, 제임스 웹의 적외선 관측으로 우리는 이 천체의 새로운 모습을 알 수 있게 됐습니다.
NGC 1514의 두 개의 적외선 관측 결과물. 왼쪽은 NASA의 광역 적외선 탐사 탐사선(WISE)의 관측 결과물, 오른쪽은 제임스 웹 우주망원경의 관측 결과물입니다. NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL연구팀은 제임스 웹의 중적외선 기기(MIRI)를 사용해 이 성운의 외곽에 형성된 정교한 고리형 구조를 포착했습니다. 이는 중심별의 극 방향으로 빠르게 방출된 가스가 주변 성운 물질과 상호작용하며 형성된 것입니다.
또한, 천체의 중심에는 두 개의 별이 서로 물질을 교환하는 장면이 포착됐는데요. 이 형태는 두개의 원뿔이 맞닿은 중심에서 물질이 이동하는 마치 모래시계처럼 보이기도 합니다. 이 신비로운 구조는 성운의 복잡한 대칭성이 어떻게 형성되었는지 설명할 수 있는 중요한 단서가 됩니다.
특히 제임스 웹은 이전 망원경들이 포착하지 못했던 다양한 먼지의 성분, 예를 들어 탄소, 실리콘, 산화물 등이 분포된 양상도 분석했습니다. 이 정보는 항성 진화 모델을 검증하고, 항성이 죽음에 다다를 때 어떤 식으로 물질을 우주에 되돌려줄지를 이해하는 데 도움을 줄 것입니다.
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